I Uff~VERSIDAD AUTONO~A METROPOLITANA I i

UNIDCID CZTfiPCSLfiPfi- DIVISION DE CIENCIC1C BíiSICAS E INGENIERIA

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SESOR RES:

M.C. RODOLFQ VAZQlJEZ ROORIGUEZ

ING. RAW LUG0 ILWE

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INDICE

I NTRODUCC I CN

Desarrollo d e un sistema tloico de comoresión-vaoor de un refrigerador

SECCIarU1 . - - Pr inc-io ioa fundamen tal es

SECCIW 2 La familia de los refriúerantes lox i c i dad Inflamabilidad v exolosividad Asoectos econhicos Y otras consideraciones Refriaerantes aue se ocuoaron anteriormente Desarrollo de los fluorocarbonos Efecto de la humedad Relaciones refrigerante aceite Miscibilidad del aciete kefrigerante 12

Donde usarlo? Porciuá usar 1 o‘? Prooiedades flsicas Tioo de- envase

c

SECC I Cf4 3 “COMPRESORES” In% roducc i & Compresores para refrigeración Venta,ias de los turbocomDresores sobre 105

comoresores rec iorocan tes Ventajas de los comoresores de desalaramiento

oosi tivo sobre ‘10s turbocomoresores El ciclo de compresidn Desoiazamiento del pistb, Cao ac i dad te &- i c a re f r i Q e ran te Caoacidad ref riqerante-real Eficiencia volumétrica total

- -

Factores que modifican la eficiencia volumátrica

Eficiencia volumétrica teórica Efecto del incremento del claro(vo1umen muerto) Variacibi con lac oresiones en la succi& y en la descaroa Relación de comoresi& Efecto del estranoulamiento Efectos del calentamieto del cilindro Efecto de fugas oor el bist& Y la valvula Determinacidn de la eficiencia volum4trica total Variación de la caioacidad del compresor- con la

Efecto de la temoeratura condensante en

Potencia necesaria en el compresor .Variación de la Dotencia del ComDresor con la

- Efecto del claro en la eficiencia. volumétrica

temDef-atura de succi bi

la CdDaCidad del compresor

temoeratura de succión .

í

1

2

5

9 13 13 16 19 19 20 22 24 26 27 2 7 27 28

29 29

30

3 0 31 34 34 35 35 36 36 36 37 37 37 38 3 9 3? 4 0

40

42 44

44

Efecto de l a temoerarura condenqante en l a ootencia del coímresor - Heauerimiento rea1 de Dotencia,

Comoresi bn i sotermica V s i 5oen t rQ ica Efecto del c l a ro del comE)resor en l a ootencia Efecto de sciccibi sobrecalentada en e l rendimieto

d e 1 comoresor Efecto d e l subenfriamknto en e l rendimieto d e l com~resor Ecuaciones fundamentales para com~resores

-. .

SECCI m 4 TONTROLES DFLUJO DEL REFRIGERW~TE~~ Tioos Y func - ib Válvula de exoans ih termostática

SECCIóN 5 "EVAPORADORES 'I Ti~os de evaooradores Tipos de construccibi CaDacidad del eVaD0rddOr

-SECCIW 6 "CONDENSADORES" Condensadores Cariacidad del condensador

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA

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45 45 46 46

47 47 47

51 51

53 53 54

55 55

57

\ XhJT

En cualauiera de los procesos de adicib, o extracci6n de calor empleados en la industria, es necesario controlar las cantidades de calor manejadas para locarar el objetivo predeterminado. Por ejemplo, si se pretende obte2er oxígeno a partir del aire, &te se deberá enfriar hasta -184.44 C, en este caso existe transferencia de calor decide el cum-- m&s caliente hacia el más frío.

Actualmente, los ctmcesos de refrigeracib y acondicionamiento de aire ocupan un lugar muyimportante para el pro(5reso, la comodidad Y la salud del ser humano, por ejemplo, la refrigeración en los- productos alimenticios, es un factor determinante para disminuir el desarrollo de microorganismos patdaenos. que al reDroducirse pueden producir una descomposici&-de los alimeikos e intoxicacih en los seres aue los consuman.

Si bien es cierto que un equipo de refrigeraci&n e5 proyectado. calculado y experimentado o o r un grupo de ingenieros especialistas, tambilki es cierto que no son oPerados, mantenidos ni reparados por ingenieros, sino por mecánicos en sus diferentes esoecialidades; es este el personal responsable no solo de operar con bajos costos de mantenimiento. sino con los resultados para los que fue adquirido el equipo.

El proceso de refrigeración es fácilmente COmDrenSibl@ cuando se parte del análisis de los fenhenos y las leyes flsicas básicas Que los gobiernan.

Para dar una descripción breve del ciclo simple de refriqeración y de cada uno de SUS component%s, proced&remos a dar una breve decripcidn de conceptos fundamentales: posteriormente se ampliará el tema tanto de conceptos, ccomo de los equipos componentes del ciclo basic0 de la refrigeración.

Refrigerante saturado. El témino "saturado" se uca para describir la condiciki del refriqerante donde existe un equilibrio entre lísuido y gas. En condiciones saturadas, la presiek y temperatura están directamente relacionadas. La determinación de la presibi de operacibi necesaria en un sistema de refr-igeraciki,. se basa en el hecho de que, para un refrigerante en particular a- una tem&?ratura de íaturacián dadar. s6lo hay una presión de saturac i c5n oasib 1 e.

La temperatura de saturacib, CorresDondiente a cualquier presih en el evaporador puede determinarse simolemente, consultando l as tablas de propiedades de los refrigerantes. Así si el evaDorador tiene un medidor de oresib, no necesita un termchetro para conocer la temperaura.

El tiormino "sobrecalentado" se usa para describir la condición para la cual, el refrigerante completamente evaoorado comienza a calentarse por no habet- mAs líauido que se evapore. Bajo la9 condiciones de sobrecalentemiento, la temperatura del: refrioera puede variar independientemente de l a Dresión.

Sobrecalentamiento se define como: L A TEMPERATURA EXISTENTE ARRIBA DE LA TEMPERATURA DE

SATURACIóN PAR4 LA PRESIGN CORRESPONDIENTE. Para determinar el sobrecalentamiento el operador necesita

conocer la temperatura a t r a v h del serpen'tln y al final de &te.

1

' DESARROLLO DE UN SISTfPJfi TTFiCO DE COMPRESIW-VAPOR DE UN REFRIGERADOR

A una sustancia Que se l e u t i l i z a para absorver agente' de enfr iamiento se l e l lama REFRIGERANTE.

Los f l u i d o s sue se u t i l i z a n más en l a r e f r i g e r a c i b i son aque l los que resu l tan mAs apropiados po r l a s propiedades ciue poseen. que l o s hacen adecuados como re f r igeran tes .

Consideremos l a vapor ización de un r e f r i g e r a n t e dentro de un cua r to como en l a f i gu ra i. La vapor izacidn ocurre debido a que el cuar to e s t á a una temperatura mayor a i a que posee e l r e f r i g e r a n t e l i q u i d o dentro de rec ip ien te . Debido a que -?a- vapor izac ib , se l l e v a a cabo a presido y temperaturas constantes, e l proceso de evaDoracibi terminar& cuando se acabe e l r e f r i g e r a n t e l lciuido.

Cualauier depdsito como el que se muestra en l a f i g u r a l,, en e l que un re f r i ge ran te es vaworizado durante e l procaso de evaporación es 1 lamado EVAPORRDOR. Notemos que e l c a l o r absorvido por l a v a p o r i z a c i h sa le con e l vapor po r e l respi radero de l rec i p i e n te.

Debido a aue l a temperatura a l a cual e l l i q u i d o se vaporiza en e l evaporador, &%a puede se r contro lada con l a pres ión del vapor que se t i ene sobre e l l i q u i d o l o que a 5u vez permite regu la r l a velocidad a l a cua l e l vapor sa le de l evaporador. esto se logra por medio de l a vá l vu la reguladora que se encuentra en e l resp i radero de l rec ip ien te m e cont iene a l re f r i ge ran te , s i cerramos parcialmente l a vá lvu la, e l vapor que 5e encuentra encima d e l l i q u i d o se almacena dentro d e l rec ip ien te elevando l a presick, y por t an to l a temperatura de s a t u r a c i h de l re f r i ge ran te . La evaporación cesará cuando no e x i s t a un d j f e r e n c i a l de temperatura e n t r e e l cua r to y e l re f r i ge ran te . es to o c u r r i r á cuando ceí-remos completamente l a válvula. Esta vá l vu la que l e agregamos a l eauipo (evapora o r ) se muestra en l a f i g u r a 2.

Cuando se o d n t a que l a 5 temperaturas sean menores que l a temperatura de s a t u r a c i h d e l . re f r i ge ran te , correspondiente a l a pt-esidn atmosférica. sera necesar io reduc i r l a presick, en e l evaporador a alguna p res ib t que sea menor a l a p res idn atmosfdrrica es to 5e puede log ra r colocando una vb l vu la de vacío o bien, un c-ompresor con e l f i n de c rear una d i f e r e n c i a de presiones en t re e l evaporador y e l medio ambiente , es to se i l u s t r a en l a f i g u r a 3.

Por razones econúmi6as y convenientes .no podemos- de ja r escapar e l r e f r i g e r a n t e para que se p ie rda en e l ex te r i o r . por 10 que s@ considera un a r reg lo como e l mostrado en l a f i g u r a 4. Se necesi ta sumin i s t ra r re f r i ge ran te a l evaporador continuamente, debido a que l a v a p o r i r a c i h es cont'inua y se neces i ta tambiénhun sumin is t ro constante de re f r i ge ran te para evaporarse. Esto 5e l og ra por medio. de un c o n t r o l de f l u j o de r e f r i g e r a n t e conectado a un c i l i n d r o o tanque de almacenaje, que 5e encarga de sumin i s t ra r con exac t i t ud l a cant idad de l i q u i d o i g u a l a l a evaporada.

E l r e f r i g e r a n t e evaporado debe c i r c u l a r a o t r a pa r te porque no podemos d e j a r l o dentro 'de l evaporador ya Que nos aumentarla La p r e c i i h y l a temperatura d e l re f r i ge ran te , es to se l og ra por mt-dio de una bomba de vapor o compresor. Ver f i g u r a 4.

Analicemos e l proceso que s u f r e e l vaLior a l pasar por e l compresor: a l comprimir el vaoor proveniente d e l evaporador hay un aumenta en l a energía i n te rna con l o uue tambidn aumenta su temperatura. e l cómpresor aumenta su pres ián y su temperatura con r-esoecto a la Dresidn y temperatura d e l vaoor que sa le de l evaDoradPr .

c a l o r o como

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3 L

Este vapor' a Y temperatura, necesitamos condensarlo con e l f i n de que vuelva a l recipiente del l lquidb y continue uti l izandose. Esto se logra haciéndolo pasar por un condensador, durante este proceso n~ rde r á ca lo r latente hasta 1 i cuarse.

Esto ocurre oorque e l cuerpo a l cual se hace f l u i r el ca lor se encuentra a minor temperatura, a este cuerpo se 1~ llama medio condensantc.

EstE- l íouido sal iendo 'del condensador se dit-.i je a l recipiente d e almacenamiento del l íquido con una preTi6n may-- (del condensador) que l a presib , que ex i s te e n el evaporadorT- l o cual permite que ex ista un f l u j o de re f r i ge rante hacia el evaporador, y as1 cornoletar -el c i c lo .

E l f l u j o d e refr igerante l iquido d e l recipiente hacia e l evaporador e5 controlado por una vá lvu la d e expansidn termostática. M á s adelante en o t ra s e c c i a hablaremos sobre s u funcionamiento. La f igura 4 muestra un c i c l o simple de re f r i ge rac i b i .

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PRINCIPIOS FUNDAMENTALES

PRESION Es l a fuerza e jercida por unidad de airea. Es una de l as más

Qti l e s propiedades termodinámicas. pfrque con fac i l idad - se mide directgmente. Sus unid-ades son Kg/cm, atmckifera. bar, mm de Hg, lb/plg . etc . .

La presión a%&osféric-a es l a e jerc ida por l a atmósfera sobre l o s cuerpos. Esta dependecLfe l a a l t i tud . A n ive l del mar se tiene una presión de-1.033-Kgícm o de 14.7 l b í p l g .

La presión absoluta es l a presión tota l : e s decir : pres. abs. = pres. man. + pres. atm. 3

donde pres. abs. = presibi absoluta pres. man. = presidri manom4trica pres. atm. = p r e s i b atmosfk-ica local

TRABAJO E l t raba jo de una fuerza, F, se def ine Dor e l desplazamiento

&e de un cuerpo (considerado como una part ícu la ) multiplicado por el componente F w de l a fuerza en l a dirección del desplazamiento.

-

ENERG I fi Es descr i ta como.la habil idad para r e a l i z a r trabajo. Es una

cantidad escalar . no una vectoria l . Su unidad en e l sistema internacional e5 e l Joule - y en e l sistema i n g l k Btu. además se usa l a Calor la .

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PRIMER PRINCIPIO DE LA T E R H O D I ~ I C A La energla no puede creárse -ni destruirse. s610 se transforma. Para sistemas abiertos tenemos:

donde Q = ca lor suministrado durante e l proceso

- Vi=’ velocidad W = trabajo suministrado Uurante el proceso

-- - Ui= energía interna - . Pi= presión vi= volumen eseeclf ico g = aceleracib, de l a gravedad local

-= zi= a l tura

Para sistemas cerrados:

í E = Q + W - . . donde hE = cambio en l a , energ ía interna del sistema

Q = ca lor suministrado - W = trabajo r e a l izado

POTENCIA Es e l trabajo realizado por unidad de tiempo. En el sistema internacional su unidad es e l Watt; además

tenemos a l caba l lo d e potencia. Eitu/hr. e tc . .

1 CALOR Se de f ine como l a enero r á n s i t o de un cuerpo a o t r o como

t-esul tado de una d i f e r e n c i a de temperatura en t re dos cuerpos. U i r e c c i h de l a t rans ferenc ia de ca lor . - pasará c a l o r de un

cuerDo a o t r o sOlo cuando e x i s t a una d i f e r e n c i a de temperatura e n t r e l o s dos cuerpos. La t rans ferenc ia de c a l o r siempre ocurre de una r e g i a de temperatura a l t a a una r e g i a de temperatura ba ja (de un cuerpo o sistema c a l i e n t e a o t r o f r í o ) .

TEMPERATURA _-

Desde e l punto de v i s t a macroscCpico Ta- temoeratura de un cuerpo es su estado tarmico considerada cum re fe renc ia a 5u poder de comunicar c a l o r a o t r o s cuerpos.

Temperatura- absoluta (temperatura termodinámica) se conoce coino temperatura absoluta, a l a escala clue toma como re fe renc ia pat-a e l cero a l a menor tem2eratut-a que se puede alcanzar. E l cero abso lu to corresponde a -273 C o -460 F (ambos aproximados).

LEY CERO S i dos cuerpos, a is lados de o t r o ambiente, están en e q u i l i b r i o

térmico con o t ro . dichos dos tambieh l o es t& en t re si.

CALOR ESPECIFICO E s l a cant idad de energía necesar ia para produc i r un cambio en

l a temperatura de un gradp a una unfdad de ma2a. Sus unidades sort: J/Kg C. Ca l íg r C, B t u / l b

- CALOR SENSIBLE Se de f ine como e l c a l o r Que provoca, un cambio de tef loeratura

err una sustancia. No hay cambio de estado. Para 105 s61idos y l o s l l q u i d o s puede ca lcu la rse por medio de l a s igu ien te ecuación:

Q = mC(Tf+Ti ) donde Q = cant idad de energía

m = masa C = c a l o r espec í f i co Tf= temperatura f i n a l Ti= temperatura i n i c i a l

CALOR LATENTE -E -CION - Es l a ' c a n t i d a d de energía por- unidad de masa para produc i r un

cambio de l a fase s 6 l i d a a l a lícauida. Se expresa por l a s igu ien te ecuac i ón :

i

Qf = rn hs,

donde Qf = cant idad de c a l o r l a t e n t e

= cal-or de fus ión m = masa

rl

CNOR L~TENTE DE WPORIZACION Es l a cant idad de energía por unidad d e masa para produc i r un

cambio de fase en t re l a fase l i q u i d a a l a gaseosa. Y se expresa oor :

QV = m hfV .

donde Qv = cant idad de c a l o r l a t e n t e m = masa

h = calor * fv l a t e n t e de vapcwizacidn

REGLCI DE LOS FASES DE GIBES La t - e l a c i h de Cifbbs de lag *ates es v a l i d a micamente para

sistemas en e q u i l i b r i o . s i no se producen reacciones en t re l o s comoonentes de l sistema.

Nos reDortat-á e l nirmero de va r iab les in tens ivas que pueden espec i f i ca rse independientemente y se expresa por medio de l a s igu ien te ecuac i 6i :

donde # = nilmet-o de fases que coexisten #+-v = c + 2

V = es l a v a r i a n c i a - -

C = n h e r o de componentes q-w?-intervi@nen -

TEMPERATURA DE SATURACION A l a temperatura a l a cual un f l u i d o cambia de l a fase líQLi+,;da

a l a fase de vapor. o a l a viceversa, se l e l lama temperatura de *

saturación. A un l i q u i d o a l a temperatura de s a t u r a c i h se le l lama l l a u i d o saturado, y a un vapor a l a temperatura de saturac ión se l e l lama vapor saturado. Para una determinada presidn. l a temperatura de s a t u r ñ c i b i es l a temperatura máxima clue e l l laui-do puede tener y l a temperatura mínima que e l vapor puede tener. A temperatura de saturaciá-r es d i f e r e n t e para l o s d i s t i n t o s f l u i d o s y, para un f l u i d o en p a r t i c u l a r v a r í a en forma considerable con l a p res ib , d e l f l u ido .

SOBRECALENTWiIENTO DEL VWOR Una vez que e l l í q u i d o haya s ido vaporizado completamente, l a

temperatura d e l vapor podrá aumentarse agregando m á s ca lo r . E l c a l o r agregado a l vapor despuh de l a vapor ización es e l c a l o r

como sensib le de l vapor, m A s comunmente - conocido sob reca 1 en tamien to,

LIQUIDO SUBENFRIADO (COPIPRIMIDO) Cualquier l l a u i d o que tenga una temperatura i n f e r i o r a l a .

temperatura de saturac idn correspondiente a l a presiá-r ex is tente, se d i c e que se encuentra subenfriado.

TONELADA DE REFRIGERACION Una tonelada de r e f r i g e r a c i b i es l a cant idad de c a l o r que debe

adiciona;-se-a una tonel$da de h i e l o puro a O C, para d e r r e t i r l a y c o n v e r t i r l a en agua a O C, en un lapso de 24 horas. Esta cant idad de c a l o r adicionada va le 72576 k i l o c a l o r l a s 6 288000 Btu .

--

COEFICEENTE DE RENDIMIENTO Es una'expresidn de l a e f i c i e n c i a d e l c i c l o y queda d e f i n i d a

como l a r e l a c i ó n de c a l o r absorbido en e l espacio re f r i ge rado a l a . energla termica equiva lente de l a energla suministrada a l compresor. -

c .d . r . = a d q v donde c.d. r. = coe f i c ien te de rendimiento (COP)

Q O = c a l o r absorbido en e l espacio r e f r i g e r a d o t e fec to

qv = energid térmica equivalente a l a energía r e f r i g e r a n t e 1

suministrada a l compresor ( t r a b a j o suministrado)

7

1 8

CARTA QUE MUESTRA LAS RELACIONES ENTRE EL CALOR. SEWSIELE Y LATENTE. AL FUNDIR HIEL0.L

_ _ - -- .. -_

CAMBIAR HIELO A AGUrS Y AGUA A- VAPOR

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CALOR AGUGADO

. . Lc) FAMILIA DE LOS REFRIGERANTES

E l l iquido t-efriaerante f luye en un c i r cu i to continuo a través de l o s componentes del sistema y s i r v e como medio para absorber, transoortar y d i s i w r e l ca lor . El re f r i ge rante se evapora y cqndensa ( r e l i c& ) repetidamente absorbiendo ca lo r e n el evaporador y disipandolg en e l condensador.

En pr inc ip io cualquier l íquido que pueda evaporarse y re l i cuarse podría u t i l i z a r s e como re f r igerante , pero en l a o r k t i c a so lo un ' se lecto grupo de t a l e s l íau idos se usan c ame r c i a 1 men te.

Los primeros ingenieros en r e f r i ge rac i a i u t i l i za ron l íquidos v o l á t i l e s Que fueran d e f k i l obtención como el dióxido de carbono. e l dióxido de azufre, el c loruro d e metilo, el amoníaco y otros más. Estos l lau idos se ut i l i za ron con &xito como re f r igerantes , pero en muchos casos resultaron def ic ientes. pe l igrosos , tóxicos y exolosivos. En l a actualidad e l amoníaco es e l m i c o re f r igerante de &te grupo que todavla se usa en c i e r t a s insta 1 ac iones.

Hoy en d l a el progreso de l a indust r ia - de l a r e f r i ge rac i b i deoende de los llciuidos hechos por el hombre. l os cuales fueron desart-ol lados esoecialmente para su uso como re f r igerantes. Estos l íquidos refriger-antes s int4t icos son miembros de l a famil ia de los f luorocarbonos.

Los derivados s intet icos del f luorocarbono se han ganado uná excelente reputación de seguridad: son . a menudo llamados " re f r igerantes de seguridad" y han s ido un f a c t o r muy importante en el desarro l lo de los sistemas modernos de re f r igerac idn.

Para poder cubr i r l a s necesidades creadas por l a tecnologla d e l a r e f r i ge rac i& moderna se ha ctleado un c i e r to n h e r o de f lu idos reyrigerantes de este tipo. Estos l lau idos t i enen nombres químicos d i f i c i l e s . .razón por l a cual . l a i n d us t r i a a d adoptado un sistema estándar de n h e r o s para ident i f i ca r los .

As1 nos referimos a l re f r i ge rante 11 , re f r igerante 12, re f r i ge rante 22, etc. ;- y/o dependiendo del fabr icante en -

mientras que para otras es Frebi 1 1 , F r e b i :12, Freán 22, etc . . Propiamente no ex iste un - refr igerante "idea1"y por l a s grandes

d i f e renc ias en l a s condiciones y necesidades de l a s variadas aol icaciones, no hay un so l o re f r i ge rante que sea universalmente * adaptable a todas l as aolicaciones. Entonces. un re f r igerante se a o l i c a r á a l " idea l " , so lo en tanto aue SLVS propiedades sat is fagan l a s condiciones y necesidades d e l a apl icación para l o cual va ha se r u t i l i zado . \

En l a tabla I se proporciona una l i s t a de f lu idos cuyas propiedades pueden set- adecuadas para usarseles como re f r igerantes . Sin embargo, s610 unos pocos de los m á s deseados son realmente empleados como ta les . Algunos se usaron bastante e n años anteriores y han s ido eliminados a medida que se han desarrol lado f lu idos m a s apropiados. otros cont inuan en estado d e desar ro l lo y son una promesa para e l futuro.

Para tener uso aprooiado como re f r igerante , un f l u i do deberá set- aulmicamente estable. inerte hasta e l orado de no set- inflamable, no explosivo y no tóxico tanto en s u estado puro como cuando estan mezclados con a i r e en c i e r t a p roporc iW; además e l

1

- par t i cu l a r 'tenemos a l GenetrCn 11, Genetrbi 12. Genetrtk 22, e t c . . _ _

9

f l u i d o no deberá na vorablemente con e l a c e i t e l u b r i c a n t e o con cccalaui r otr-o material normalmente usado en l a constr-ucciái de l eauipo de t - e f r rge rac ib . No deberá reaccionar desfavor-ablemente con l a humedad. Además es deseable aue e l f l u i d o sea de t a l naturaleza que no contamlne en forma alguna a l o s productos a l imen t i c ios o algunos otros pt-oductos almacenados en caso de que t uv ie ra alguna fuga en e l sistema.

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744A Oxido nnmo 764 Dbxidoacuufre

Compuesta de axufir

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Coinpcsta organim no a n u r l d o i -

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lll2a 1113 1114 1x20 1 I30 1132p I 1 4 0 I141

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Tctrifiuonrtikm Tricbniclileno Dicloraiikno Fluorum de v inü ino . Cloruro de vinib Eluorum de vin ib

Propileno . Etileno

CCI,=Cf, CClF- CF, CFp-CF, CHCI==CCIB CHCI==CHCI

CHp=CHCI CH~QCH F. CH, -CH, CHaCH-CH,

CHpeCFI

16.0 u) 44 58.1 '58.f 28.0 42.1

74.1 60.0

31.1 45. I

17 18 29 44

44 64

133 116.5 la,

-259 - 127.5 -44.2

31.3 14 - 155.0

-53.7

94.3 89.2

20.3 61.8

-28.0 212

-318 - 109 (subl.) -127

14.0

67 -18.2 - 105

131.4 - 187 96.9 H E 64 -IT9 62.5 7.0 46 -w 2a.0 -- 155.0 42. I '53.7

C C C

CP CP .

t ,

1

C

C

I

C i

i

*Carrier Corp. Documtau t.Dl27. p. 1 6

I . Las compuaior aaetano. e t m y propano ipirecen en 18 ucción de habcoc.rbun>r coa aus pmph pasicha n6mcrKu. pcm e n m p.rCntaL ya que esta producia no son habcarbum.

2. Lar Eompucua «ikw 7 pmpikmo .pa- cn la mión de hidmcirbun (ron el Cin de indicar que Q ~ Q compucata son hidrocarburn). El c1ürn0 y d prOpikM a<Ln debidamente idrntifkab como capuacor o&nka no uiur8da.

. C C

&Va ASRE Dafa E004 Design Volume. 1S7-58 Idision. coa &bo dc la k ~ ~ ~ r i c . n soricty of Heath. Refrigerating. 8nd Air-Conditioning Eng"n. .

A \

4 .

Debido a oue to n otra cosa que aire sofocacibi cuando se

tienen en concentraciones suficientemente altas que evitan tener el oxígeno necesario pat-a sustentar la vida, la toxicidad es un t4rmino relativo el cual tiene significancia sálo cuando se especifica el grado de c6ncentracidn y el tiempo de ewposicibi requeridos para producir efectos nocivos.

La National Fit-e1Underwr-iters a efectuado pruebas de toxicidad con -10s refrigerantes. más cumtnmente empleados. Como resultado de ello los diferentes refrigerantes estan clasificados en seis grupos de acuerdo a su grado de toxicidad, los grupos est& dlSDUe5tO5 en orden descendente (columna 2 de la tat!?ia I S ) . Aauellos aue están en el grupo 1 son altamente tóxicos y son cacmces de causar la muerte o darns muy serios en concentraciones relativamente pequeñas yío en periodos muy cortos de exposicih. Por otra parte, aquellos que están clasificados en el grupo seis son muy poco táxicos, siendo capaces de causar efectos nocivos 5610 en concentraciones muy grandes. Debido a que el da% causado oor el último grupo es m á s bien debido a deficiencias de oxígeno aue a efectos nocivos del fluido, pat-a todos los fines prácticos eje consider-a aue los fluidos del grupo seis no son tóxicos. Sin embargo, como va se ha indicado de algunos ref rigerantes. aunque no sean t&:icos cuando se mezclan con el aire en su estado normal. estan sujetos a descomposicidn cuando están en contacto con una flama o con un elemento el&tt-ico de calentamiento. Los productos de descomposición así -formados. son altamente t6xicos y son caDaces de causar efectos nocivos en peaueñas concentraciones Y en corta exposicibr. Esto es cierto para todos los refrigerantes f luorocarburos (vdase columna seis .de la tabla 11).

INFLAMABILIDAD Y EXFLOSIVID4D

Con respecto a la inflamabilidad y explosividad, casi todos los refrigerentes de uso comW no son inflamables ni explosivos. Una notable excericibi es el amoníaco y la serie de hidrocarburos. E l amoníaco es ligeramente inflamable y exDlosivo cuando se mezda en det;erminndas proporciones con el aire. Sin embargo, con las debida< precauciones, puede despre~iarse el peligro involucrado con el uso del amoníaco.

Por otra parte, la serie de 105 hidracnrburos son altamente inflamables y explosivos, y deben usarse como refrigerantes para algunas aplicaciones especiales y bajo la vigilancia de personal ’ experimentado. Debido a 5us excelentes propiedades térmicas de la serie de los hidrocarburos. frecuentemente se usan en aplicaciones de bajas temperaturas. En dichas instalaciones, el peligro en Que se incurre se hace mínimo por el hecho de que el equipo esta constantemente atendido por personal con experiencia en el uso y manejo de materiales explosivos e inflamables.

La “American Standar Safety Code For Mechanical Refrigeration” da detalles de las condiciones y circunstancias bajo las cuales pueden ser usados con seguridad varios de los refrigerantos. Muchos de los cddigos locales y ordenanzas que regulan el equipo de t-efrigeracián estgn basadas en &te código, bl cual está mancomunadamente Datrocinado por la ASHRGE y l a ASA.

I

TABLA ' Seguridad relativa da lor rofri~manta

1' ,

I

3' 1' 9

I'

3 1 I' 3 1

' 2 1 I 2 3

2 3 1 1 2

1 2 I 1 2

+5 8

+5

e 5 J Q S 5A

2 SA 6 4"

+5

I - s - 6

4

S 3 4A 4 4

8

2 tcol

2

4 2 2

- 2

A 2 2

- t

0.ooU

37.4-51.7

37.541.7 42.4-5.13

29-30 33.2-34.3

410.6 0.22142% 19.4-20.3 50.242.2 28.S-3&4 89.695.7 2-21 . 2.62-$28 - 0.7 I.16S 37.s-S1.7 20.1-213 90.S-M.8 10.2 27.1 4.0 6.72 -

2 . io 35.7 . 1 2-55 3.12-3.9 - ! 4.8-5.2 21.3-U3 I 2-23 s.w-6.3

S.1-3.3 1135-11.7

16 1.0

2s 1.1 20 1.0 30 2.4

1s 1.0

I8 2.0

5 1.0

53 1.0 16 1.2 s 2.1

4.Sl5.0 N.iahriubk 3.0-2S.O N.ol*aubk No irQuuib6

3.3-10.6 N.idbm8bk N. &bk 2.3-7.3 No ;nCiUiiabk'

16:o-Z5.0 N.hdiub* N.idlm8bk

I.ld.4

NoiJlrai.uL 1 . 6 4 5 N.hJ1.MuI N. iirlLio8bk 3.7-120

N.idhubk 4.S20.0 No hll.oiu. N0Llbi.Y S.611.4

8.1-17.2

I I

-

I I

I

I

I

I !

-

I I

.- L

N *

--

I

1. 1 r .. I

. .

1

El grado de p e l i g r n ncurre con e l uso de re f r igerantes t6xicoe; depende de varlos factores, t a l e s como l a cantidad d e re f r igerante usado con t-elacibi a1 tamaffo del espacio dentro del cual í e pueden tener fugas del refr igerante. el t ipo de ocuoacibn. de si se tengan flamas o fuego y de s i e l personal experimentado tenga l a o b l i g a c i d de atender e l equipo. Por ejemplo, s i se tiene una cantidad muy pequeña d e re f r igerante altamente tbxico, representará poco pel igro si se le usa en espacios relativamente grandes en donde es posib le que en e l caso

- d e tener fugas. l a concentraci6n no l legue a un n ive l de De 1 ivrc. Además, e l pe l i g ro inherente en e l uso de re f r i ge rantes tóxicos algunas veces es mitigado por e l hecho de oue l o s refr igerantes tóxicos (incluyendo productos de descomposición) despiden olores m u j - :peculiares que tienden a dar- aviso de su presencia. Entonces, l o s re f r igerantes tdxicos generalmente son pel igrosos para el caso de nifios o de persionas que Dot- razones de enfermedad o confinamiento son incapaces de e s c a ~ a r de los humos. Actualmente, el amoníaco es e l m i c o re f r i ge rante tóxico, e l cual es muy usado, limitándose 5u uso a ~ l a n t a s paauete, fabr icas de h i e l o Y en almacenes f r í o s muy grandes los cuales cion manejadas por ~er-sonal exoerimentado.

-

ASPECTOS ECóNOMICOS Y OTRAS CONSIDERACIl3NES

Naturalmente, que desde el punto de oDeraci& económica. es deseable Que e l re f r igerante posea c ie r tas caracter íst icas f l s i ca s y tdrmicas de cuyo resultado se tengan los requerimientos mínimos de potencia por capacidad de re f r i ge rac ib i . o sea un a l t o coef ic iente de rendimiento. Las propiedades m á s imDortante del re f r igerante oue influyen en l a capacidad y e f i c ienc ia 13047 ( 1 ) ca lor latente de vaDorización, ( 2 ) volumen específ ico d.el vapor, ( 3 ) l a r e l ac i b i de compresibi y ( 4 ) e l ca lo r esoec l f i cb del re f r igerante tanto en estado l íauido como de vapor.

Excepto para sistemas muy pequefbs. e s deseable tener un-valor a l t o de ca lo r latente para que sea mínimo e l peso de re f r igerante circulado par unidad de capacidad. Cuando se tiene un va lor a l t o de ca lo r latente v un volumen especí f ico bajo en l a condición- de vapor. se tendrá un gran aumento e n l a capacidad y e f i c i enc i a del com~r-@sot-. Con esto se 1ogrará.no so lo d i sm inu i r e l Consumo de Dotencia, s ino ademas. reducir e l desplazamiento necesario en el compresor, l o cual permitir ía e l uso de equipo peque- y más compacto. Sin embargo, en l os sistemas peauefbs, si e l valot- del ca lo r latente del re f r igerante es muy a l t o l a cantidad de re f r igerante en c i rcu lac ib i s e rá insuf ic iente como Dara tener un control exacto del l íouido.

E s deseable tener un ca lo r especí f ico ba jo en el l íquido y un ca lor esoec l f ico a l t o en e l vapor en tanto que ambos tiendan a aumentar e l e fecto re f r igerante por unidad de masa, e l primero se logra aumentando e l e fecto d e subenfriamiento y e l ñltimo disminuyenda e l e fecto de sobrecalentamiento. Cuando 5e cumplen estas condiciones e n un f lu ido simctle, se lograr& mejorar l a eTiciencia del cambista d e ca lo r líauido-succi&.

Posteriormente en otra seccibt discutiremos el e fecto de l a re lación de compr-esih en e l t raba jo de comoresi& además del coef ic iente de rendimiento; tomando esto ert cuenta y que l o s demas factores oermanezcan s in cambiar. l o m& deseable e5 que e l re f r i ge rante de l a mlinima relacick de compresibr.

-

I 6

3

Con relaciónes de ‘b a endra’ un cons~imo menor d e Dotencia Y a l t a e f i c i CI m siendo esto Qltimo más importante en sistemas peque va que esto oermitirá usar c omp reso res E> eq ue ños.

Es muy deseable tener una temperatura ba ja en l a descarga adiabática. Cuando l o anter ior se combina con una re lación de compresi&-razanable, l a temperatura de descarga adiabática baja . reduce l a pos ib i l idad de sobrecalentamiento d e l compresor y contribuye en c i e r t o grado a tener f á c i l mantenimiento y larga - vidadel compresor. Debido que l a rapidez de €as rpacciones- -

attimicas se aumenta aproximadamente a l doble. en cada - l0 .C d e - aumento en l a temperatura, l a temper-atura de descarga adiabática es sobre todo muy importante cuando se emalean m ~ t o ~ ~ m ~ r e ~ ~ r e ~ hermdticos. Mientras Que l a temoeratura de l a descarga de cualquier re f r iqerante siempre disminuye a medida que disminuye l a r e l a c i h de comoresión, es muv importante reconocer que para cualsuier r e l a c i b i de compresión esoecí f ica . l a temperatura d e un re f r igerante en l a descarga puede ser s i gn i f icativamente mayor que l a del otro re f r igerante operando con - l a misma relacidn de comDres i &I.

Con un coef ic iente de conductancia a l t o . pueden mejorarse l a s razones de tt-ansferencia de ca lo r , sobre todo en e l caso de enfriamiento de l lquidos Y en esa forma se puede reducir e l tamaño y el costo del esuipo de transferencia. También. es deseable que l a re lación de p re s i ~ - t empera tu ra del re f r igerante sea t a l que l a presión en e l evaporador siempre e s t& por a r r i ba de l a atmosf6rica. En e l caso de tenerse una fuga e n e l lado de menor pres ik i en el sistema, si l a p res i6 i es menor que l a atthosfdrica, se introducirá una considerable cantidad de a i r e y humedad en el sistema. mientras que s i l a presión vaPorizante es mayor a l a atmosférica se minimiza l a pos ib i l idad de introducción de a i r e y humedad a l sistema a l tenerse una fuga.

Tambib e s deseable tener una presidn condensante razonablemente ba jg ya que esto permite usar materiales de peso l i g e ro en l a COR5ttqUCCibi del equipo para condensación, reduciéndose as1 el tamaño y e l costo del equipo.

Naturalmente que l a temperatura c r í t i c a y l a p re s i b i del --refrigerante deben ser mayores que l a temperatura y Presión

máximas que se tenpan en el sistema. A s í 1 m i s m 0 , e l Punto de - congelación del re f r igerante debe ser satisfactoriamente menor a l a temperatura mínima obtenida e n e i c i c l o . Estos factores son esoecialmente importantes en l a selección d e l re f r igerante para a01 icaciones a temperaturas bajas .

Y a que l a Dotencia requerida por unidad d e capacidad re f r igerante es cas i igual para todos l o s re f r igerantes d e uso comm. l a e f i c i enc i a y l a economía de operación generalmente no son factores dec is ivos en l a selección del re f r igerante . Son más importantes aquel las propiedades oue ‘tienden a reducir e l tamaño, e l D ~ S O . e l costo i n i c i a l del equimo de r e f r i g e r a c i b i y con e l cual se permita tener operacib, automática y mantenimiento mlnimo. E s t amb i b imDortante el costo y l a disponibi l idad del re f r iaerante a l hacer s u eleccibn. Para f i nes d e comparacih en l a tabla I11 5e muestra e l comportamiento teór ico a condiciones ertandar de temoeratut;a evaporante d e -15 -C 15 O F ) y temoeratura de candensacih 30 C (86 F ) para diferent-es Feft-igerantes. T a m b i b , para mostrar el efecto que se Droduclría con un cambio de re f r i ge rante y-en l a s necesidades d e potencia de un com~re-sor esDecíf ico, se compara en l a tab la I 1 1 0at-a los refr igerante5 12,

-

17

. I

-40

-30 . *&-

- 10

O

10

20

40

50

'60

- r-0

cond. OF -

bo Y00 120

80 100 120

bo 100 120

bo 100 120

80 100 120

80 100 120 140

bo 100 120 120

80 100 120 140

80 100 120 140

80 100 120 140

80 100 120 140

-

-

- - Cip nom)

2.50 2.00 1.60

3.76 3.04 2.40

4.75 4.10 3.40

6.40 5.60 4.70

8.40 7.34 6.30

-

10.6 9.42 8.16 7.01

13.0 11.8 10.4 9.3

16.3 14.5 12.8 11.1

19.8 18.7 17.4 16.0 25.2. 22.3 19.8 17.4

R-12

Fbdu BHP-

-

7.01 8.2 9.5

9.0 10.0 11.4

10.3 11.4. 12.8

11.4 13.0 14.7

12.8 14.4 16.7

13.9 15.5 17.9 20.4

14.5 172 lQ.4 22.2

15.7 18.1 20.4 23.7

16.3 19.E 22.0 25.7 17.2 20.1 23.2 27.3

IHR (TOM)

3.5 3.0 2.5

4.8 4.6 4.4

6.2 5.6 4.9

8.1 7.5 6.7

10.2 9.6 9.6

12.9 12.1 11.3 10.7

14.8 14.3 13.1 12.2

18.5 17.5 16.0 14.5

22.4 22.0 21.5 20.5

28.2 26.3 24.5 22.3

No especificsdo

R-22

No srpicifiudo

13.0 113 9.8

16.4 14.6 127 10.8

20.8 18.5 16.4 14.2

26.0 23.6 21 .o * i8.6

32.0 29.0 @

26-9 23.9

39.0 35.2 31 J 28.5

47.5 42.5 38.5 34 .O

i6

I

20.4 23.3 26.6

2l.a 253 29.6 34.0

22.0 27.2 325 37.5

22.7 28.8 34.8 41 A 233 302 37.0 43.0

23.6 31 .O 98.3 44.0

23.6 31.4 39.0 45.0 -

* I

15.9 15-2 13.6

19.4 18.5 17.1 15.3

24.2 23B 21.6 19.6

29.6 28.6 27.0 25.1

36.0 34.5 32.8 31.6

43.5 41.5 39.1 37.0

52.5 49.4 47.0 43.5

- s,

norm)

4.60 3.60 2.60

6.30 5.20 4.10

8.20 7.10 5.00

10.8 9.3 7.9

14.0 12.0 10.0

17.7 15.1 12.7 10.3

21 .7 18.7 15.5 12.7

26.7 22.8 18.8 15.0

- - Fhdw 8HP

13.7 14.1 14.8

16.4 17.1 l8.S

18.9 20.2

21.1 22.2 24.0

23.2 25.6 28.7

25.0 28.1 31 .6 34.4

27.3 30.5 34.4 37.7

29.0 32.7 37.2 41.2

-

31.9

. .

I -, nnr CTOns) ; - 6 s 5.60 4.70

a80 : 7.80 ; 6.90

M.8 i mi m.1 1

l a 7 126 11.6

17.4 16.0 14.4

2ld 19.6 I

17.8 152

28.2 24.0 ' n.2 103

32.0 28.8 -- 25.4 I

I

I

I

I 21-1 I .

. . I

:

. * I l a ACHRAE desigha eros est árida+* de aef:-igerante a &tos

compuestos como los re f r i ge ran tes 11, 13,y 14, e l i i l t imo d f g i t o de cada nttmero i nd i ca e l rimero de átomo de fluot-uro en l a molécula.

La es t ruc tu ra molecular de 105 re f r i ge ran tes 21 y 22, io5 cuales son también f luorocarburos de l a ' s e r i e de l metano, e s t á mostrada en l a tab la I . N6tese l a presencia d e l átomo de hidr*eno en cada uno de l o s dos co onentes es una ind i cac ión de que &tos son derivados de l a m o l x l a c loroformo y no de l a mol ácula carbon te t rac lo ruro .

l a re f r i ge rac i ck i es i n te rm i ten te en l a medida que e l f l u j o de l l i q u i d o es i n i c i a d o y detenido , p o r l a f u s i b i y congelación a l te rnada d e l h i .e lo en e l o r i f i c i o d e l con t ro l .

Debido a que só lo se tendrá agua l i b r e en e l sistema cuando l a cant idad de humedad en e l mismo exceda a l a que e l r e f r i g e r a n t e pueda l l e v a r en-so luc ión. e l que se tenda congelamiento se ra siempre una ind i cac ión de que el contenido de humedad en e l sistema e s t á por encima de l n i v e l minim0 que produzca tort-osiál.

- EFECTO DE LA HUMEDAD-

i

.

A 1 combinarse l a humedad en d i fe ren tes grados cas i todos l o s re f r i ge ran tes m á s cominmente usados da lugar a l a formación de compuestos altamente cor ros ivos (generalmente ácidos) l o s cuales podrAn reaccioner- con e l ace i te l ub r i can te y con algunos o t ros mater ia les en e l sistema. incluyendo Jos metales. Esta acción auimica a veces da lugar a picaduras y algunos o t r o da&s en vá lvu las, se1 los, chumaceras, paredes de c i l i n d r o y algunas o t ras suoer f i c i es pu l idas. Esto también causa deter iodo en e l ace i te l ub r i can te y a l a formaci6n de sedimentos l o cual t iende a o b s t r u i r l a s vá lvu las y l o s conductos de acei te , a rayar l a s s u ~ e r - f i c i e s de l a s chumaceras y en general a reduc i r l a v ida de l equioo.La c o r r o s i b t debida a l a humedad contr ibuye también a l a f a l l a de l a s vá lvu las de l compresor y en l o s motocompresores herméticos con frecuencia causa , l a r o t u r a de l a is lamiento de l devanado l o cua l Puede produc i r un c o r t o o aterramiento de l motor.

Aunque no es pos ib le tenet- un sistema r e f r i g e r a n t e - completamente l i b r e de humedad, l a p r a t i c a corn& en r e f r i g e r a c i ó n demanda que e l contenido de humedad de l sistema' sea mantenido abajo d e l n i v e l aue produzca e fec tos dañinos en e l sistema. E l n i v e l mínimo de humedad que produzca e fec tos nocivos en e1 sistema

- r e f r i g e r a n t e no e s t á d e l todo de f i n ido y v a r i a en forma = considerable de' acuerdo a l a natura leza d e l re f r i ge ran te . l a .

ca l i dad de a c e i t e l ub r i can te y a l a s temperaturas d e l - func ionamiento d e l sistema, sobre todo l a temperatura a l a descarga d e l comppesgr.

La humedad en un %sterna ref ! - igerante puede e x i s t i r como "agua l i b r e " o puede es ta r en so luc ión en e l re fp igerante. Cuando l a humedad en e l sistema esta en l a forma de agua l i b r e ésta se congelará formándose h i e l o en l a vá l vu la de c o n t r o l de l r e f r i g e r a n t e y / o en,' e l evaporador, en e l caso de que l a temperatura en e l evaporador sea menor a l a temperatura d e l punto de congelacián d e l aqua. E s na tu ra l que l a formacibi de h i e l o en e l o r i f i c i o de c o n t r o l de l r e f r i g e r a n t e podrg e v i t a r e l f l u j o de

-

i

I

I

Pot- o t r a parte, l a ausm hgelamiento no puede der de- Que e l cóntenido de considerada como que es una

humedad d e l sistema e s t é nec abaJ0 d e l n i v e l que cause c o r t - o s i b m Dedibo a que l a cor ros ick puede o c u r r i r con algunos ref t - igerantes a n i ve les muy por abajo de aciuellos casos en l o s cuales se tenga formacich de agua l i b r e . #+demás, e l congelamiento nunca o c u r r i r A en sistemas de a i r e acondicionado o en algunos

- o t ros sistemas donde l a temperatura en e l evaporador es super io r a l punto de c o n g e l a c i h de l agua. Por esta r a z h , los sistemas de temperatura a l t a con frecuencia ec;tAn m á s exouestos - a co r ros i& - - debido a l a humedad, que aquel los sistemas que operan con temberaturas m á s bajas. debido a l a s cantidades re la t ivamente a l t a s de humedad que puedan l l e v a r s i n que se noten y por per iodos de tiempo re la t i vamente yr-andes.J

Debido a que l a hab i l i dad de cada r e f r i g e r a n t e en p a r t i c u l a r para l l e v a r humedad en s o l u c i b i disminuye a l aumentar l a temperatura, se deduce que e l contenido de humedad en sistemas de bajas tsmperaturas deberá ser mantenido a muy ba jo n i v e l para e v i t a r l a acc ich de l o s conaelamientos. Por esto, l a cor ros idn debida a l a humedad en l o s sitemas de temperatura ba ja generalmente es pequeña.

Para 105 d i fe ren tes re f r i ge ran tes - se t ienen grandes d i fe renc ias tan to en l a cant idad de humedad que pueden l - levar en so luc i6n cómo en e l e fec to que l a humedad produce en e l l os . Por ejemplo, para l a s e r i e de l o s hidrocarburos t a l e s como e l propano, butano, etano, etc., absorven muy poca o cas i nada d e humedad. Por 1 0 tanto, cua lqu ie r contenido de humedad en t a l e s sistemas están

- en forma de agua li r e y se mani festara su riresencia conocida como conge l a mien t o fuera en e l c o n t r o l de re f r i ge ran te . Y a que es ta humedad debe ser inmediatamente el iminada a f i n de conservar a l sistema en funcionamiento, l a corrosidm por humedad generalmente no c o n s t i t u i r á problema alquno cuando se usan estos r e f r-rgerantes.

Por o t r a par te , el amoníaco t i e n e a f i n idad con e l agua y por l o tan to es capaz de absorber humedades en cant idades grandes, de t a l manera que es r a r o encontrar agua l i b r e en sistemas =que usan es te re f r i ge ran te .

La combinacib, de agua y amoníaco produce agua amoniacal, que es un á l c a l i muy f u e r t e e l cua l ataca’* l o s metales no fei-rosos. t a l e s como e l cobre y el’ l ’atdri, pero tiene-muy poco e fec to en e l h i e r r o o e l acero o cua lqu ie r o t r o ma te r ia l que 5e tenga en e l sistema. Por es ta r a z h , l o s sitemas .que emPlean amoníaco funcionan con mucho é x i t o a& cuando se tengan cantidades re la t ivamente a l t a s de contenido de humedad en e l sistema.

Los r e f r i ge ran tes halocar-buros se h i d r o l izan muy 1 igeramente y por l o tan to scjlo forman cantidades peaueñas de ácido o de o t ros . compuestos corros ivos. Como r e g l a general no se tend rh cor ros ión en l o s sistemas que usan re f r i ge ran tes halocarburos cuando e l contenido de humedad es mantenido abajo d e l n i v e l que causa congelamiento. en e l supuesto de que l o s ace i tes l ub r i can tes empleados sean de a l t a ca l i dad y que l a s temperaturas en l a descar-ga sean razonablemente bajas.

-

21

i, I RELAC I o I GE

Salvo unas- pocas excepeciones. e l ace i te necesario para l a

i, I RELAC I o I GE

Salvo unas- pocas excepeciones. e l ace i te necesario para l a

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Aunque algunos re f r igeran tes . sobre todo e l d ióx idr j de asuft-e

l u b r i c a c i h d e l compresor es el contenido en e l cát-ter d e l ciqüeñcll d e l compresor que es donde es tará s u j e t a a l contacto con e l re f r i ge ran te . Entonces, como ya antes se d i j o , e l r e f r i g e r a n t e debe set- química y f ls icamente es tab lq en l a presencia de aceite, de manera que n i e l r e f r i g e r a n t e n i e l ace i te se vean adve&amente afectados Dot- esta re iac 167.

y l o s halocarburos reaccionan en c i e r t o grado con e l ace i te lubr ican te , generalmente l a r e a c c i h es 1 igera, b a j o condiciones de operación normales y por l o tan to es de poca consecuencia e l aue se use lub r i can te de a l t a ca l idad y que e l sistema esté re la t ivamente l i m p i o y seco. Sin embargo. cuando hay contaminantes en e l sistema t a l e s como a i r e o humedad, en una cantidad apreciable, se desar ro l lan reacciones auimicas involucrando a l o s contaminantes y tan to el r e f r i g e r a n t e y e l a c e i t e l ub r i can te pueden entrai- en descomposicih, for-mándose ácidos C O r r O S i V O S y

en l a s s u p e r f i c i e s metál icas pul idas. Las temperaturas sedimentos en super f i c i es de cobre y / o

descargas;, po r lo general, aceleran estos descomposicidcl-del aceitie, a menudo da

I

I d e p b i t o s carbonáceos en l a s vá lvu las de descarga, en e l cabezal d e l compresor y en l a tuber-la de descarga. Esta s tuacián se agrava mAs cuando se usan ace i tes lubr ican tes pobremen e ref inados que contienen un por c i e n t o elevado de hidrocarburos n saturados, siendo es to Qltimo químicamente muy inestable.

Por l a natural-eza de temperatura a l t a de r e f r gerante 22 (véase t a b l a Ilr 1, e l daño en e l ace i te lubr ican te , p r duce e l que se Queme e€ motor, consti tuyendo esto un problema se i o en l a s - unidades motorzcompresor que u t i 1 izan es te t -e f r iger nte, sobre todo.cuando se l e s usan con condensadores en f r iados co a i r e y con tube r las de succib-i grandes.

En l o s s i tebas que usan re f r i ge ran tes halocarbur s, es muy común que va r ias par tes d e l compresor es t& cobrizadas Las par tes generalmente afectadas son l a s super f i c i es metá l ica altamente

- p u l i d a s l a s cuale; generan c a l o r t a l e s como s e l l o s pistones, paredes de c i l i n d r o s Super f i c ies de ckümaceras y v ivu las. La - causa exacta d e l cobrizado no ha s ido determinad/dei9 forma d e f i n i t i v a pero se t ienen grandes evidencias que los f c to res que contr ibuyen a e l l o son l a humedad y l a pobre ca l i dad a c e i t e 1 ubr i can te.

p laca5 de cobre no se emplean en l o s sistemas de amonlaco.

I

En cua lqu ie r caso, independientemente de l a n a t

y/o de

causa de l a s reacciones desfavorables en t re el r e f r i g e a c e i t e lu r ican te , estas desventajas podrán reduc i rse a e l im inarse mediante e l usp de ace i tes l ub r i can tes de a clue tengan puntos muy bajos de " f l u i d e z o congelaci ''p rec 1 E, i tac i ón", man ten i éndose a 1 s 1 s t e m a r e 1 a t i vamen t contaminantes, t a l e s como a i r e y humedad y diseí'íando a l sistema de t a l forma que l a s temperaturas en l a descarga sean razonablemente bajas.

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Porque nunca se u t i l i z a a l cobre con e l amoníaco,

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Con respecto a la' reiacih refrigerante-aceite. un a caracterlstica importante la cual es diferente para los distintos refriqerantes es la miscibilidad del aceite. o sea, la facultad del refrigerante pera disolverse en el aceite o viceversa.

Con respecto a la miscibilidad, los refrigerantes pueden ser divididos en tres grupos: ( 1 ) aquellos Que son miscibles con aceite en todas las proporciones bajo condiciones de carga que se encuentran en el sistema de t-eft-igeracihi, (2) aquellas que son miscibles bajo condiciones que normalmente 5e encuentran en la sección Uel condensante. pero separado del aceite bajo la5 I

condiciuhes que normalmente se tienen en el evaporador y ( 3 ) aquellos que- no son miscibles en el aceite (o lo son muy ligeramente) para todas las condiciones que se tienen en el sistema.

A pesar de todo, la miscibilidad del aceite es una propiedad deseable en un refrigerante, aunque se tienen algunas discrepancias. En cualquier caso. la miscibilidad del aceite o la carencia de la misma. generalmente no es el factor principal para la seleccib-, del refrigerante. Sin embargo, dado que influye grandemente en el diseño del compi-esor y de otros componentes del sistema incluyendo la tubería del refrigerante, el grado de miscibilidad es una característica refrigerante importante y debe pop- lo mismo considerársele en detalle.

Con respecto al aceite. uno de los principales efectos de un refrigerante miscible en el aceite, es el de diluirse en el aceite del cárter del cigüeñal del compresor, bajando as1 la viscosidad (cueroo mas delgado) del aceite y reduciendo sus cualidades de lubricacibi. Para compensar la diluci6i del refrigerante, el '

aceite lubricante del compresor usado conjuntamente con los rofrigerantes miscibles en aceite, deberán tener una viscosidad alta tal que pueda 5et- usada -para situaciones similares con sefrigerantes no miscibles. - -

La viscocidad puede set- definida como una medida de la

of rece para efectuar su movimiento. Fluidos delgadas de baJa viscosidad fluirán mAs fácilmente que fluidos gruesik. Para proporcionar la lubricación adeckda. la viscosidad del lubricante deberá ser mantenida dentro de ciertos límites. Si la viscosidad del aceite es muy baja, el aceite no tendrá suficiente cuerpo Para formar una pellcula protectora entre las diferentes superficies deslizantes para mantenerlas separadas. Por otra parte, la viscosidad del aceite es muy alta, el aceite no tendrá suficiente '

fluidez para penetrar entre las smoerf icies deslizantes. sobre todo en aquellas con tolerancias muy estrechas. Para cualquiera de los casos la lubricacibi del compr-@sor no será la avecuada.

Cua 1 q LI i er ace i mezclado con el refrigerante que esté circulando en el sistema tendrá efectos adversos en la eficiencia y l a capacidad del sistema. siendo la capacidad principal oue el aceite tiende a adherirse y formar una pellcula sobre la suoerficie de los tubos; del condensador y del evaporador. disminuyendo as1 l a capacidad de transferencia de calor- en esas dos unidades. Ya que el aceite se hace m e * viscose y tiende a congelarse a medida que se reduce l a temperatura. el problema con el aceite es grande en el evcrpot-ador Y se vuelve más agudo a medida que se t*educe la temperatura en el evaporador.

24

-

I fricción a fluir o como una medida de la resistencia Que el fluido

Debido a que 'la del ace i te en e l sistema re f r igeran te t-esor, es evidente que e l ace i te desempeñará mejor su funciá-i cuando se l e confina 5610 a l compresor y no se l e permita c i rcu la r con el refr igerante a tt-av& de otras partes del sistema. Sin embarga, en pocas excepciones, e l re f r igerante del sistema 1 lega a es ta r en contacto con e l ace i te del compresor- y una dekerminada cantidad de. aceite en f o r m a de gotas muy pequeñas que hacen contacto con e l vapor re f r i ge rante y son sacadas a través de l a s válvulas de descarga hacía l a tuber la de l a descarga-. S i en esta parte no se elimina a l ace i te del vapor. este pasará hacia el-condensador y hacia e l tanque receptor de l iquido desde donde será l levado hacia e l evaporador por- e l re f r igerante 1 laciido. E5 evidente que deben

. tomarse algunas medidas para eliminar este ace i te del sistema a f i n de no a fectar l a e f i c i enc i a del mismo, haciéndolo regresar Dara mantener constante e l n ive l del ace i te en e l cArter del cigcfefkl y aue éste cumpla con su fcincib, de lubricación.

E l grado de d i f i cu l tad que se ha experimentado para e l regreso del ace i te a l cát-ter del cigtkñal deDende principalmente de t r e s factores : ( 1 ) l a miscibi l idad del ace i te en e l lubricante. (2) e l tiDo de evaporador usada y ( 3 ) l a temperatura en e l evaporador.

Cuando se usa un re f r igerante mezclado con aceite , e l problema de retorno del ace i te se s impl i f ica mucho por e l hecho de que e l ace i te permanece en solucibn con e l refr igerante. Esto permite que e l a ce i t e sea transportada pot- e l re f r igerante a tr-aveci del sistema y subsecuentemente sea regresado a l carter d e l cigüeñal a t r - avd de l a tuberla d e succión, considerando que e l evaporadot- y l a tuber la del re f r igerante estén debidamente diseñada.3.

Desafortunadamente cuando se usa re f r igerante que no se puede mezclar con el aceite , no resu l ta f á c i l regresar a l ace i te hacia e l cár-ter del cigüeñal una vez aue éste ha pasado a trñveoi del condensador. La raz& de e l l o e s Que excepto para una cantidad peauePla de mezcla mecánica, e l re f r igerante y e l ace i te permanecer. separados d e mado que 5610 una pequeñca parte del ace i te es realmente l levada con e l refr igerante. Por e jemplo, . en el caso del amonlaco, e l cual es más l i ge ro aue e l aceite , una gran parte del ace i te se separa del amoníaco l iquido y quedara f i j a d a en difeventes ountos bajos del sistema por esta ras&, deberá en alguna h r m a drenarse e l ace i te contenido en la parte i n f e r i o r de todos los dep&i tos receptores. evaporadores. acumuladores y otros depósitos que contengan amonlaco l iquido, debiendo efectuarse el drenado del ace i te entonces en todos esos Duntus, ya sea cchtlnua o periódicamente, r eg re shdo lo a l ch-ter del cigüeñal. Esto podrá hacerse en forma manual o automática.

Cuando se usan evaporadores del t ipo inundado, l a velocidad del re f r i ge rante por l o general no es suficientemente a l t a para permitir a l vapor re f r igerante enviar- a l ace i te , transportar lo hasta l a tüber la de succión y regresar a l carter del cigüeiral entonces, aún para e l caso de re f igerantes miscibles en aceite ,

. s i se usan evaporadoses del t ipo inundado ser-An necesarios algunos at-reglos especia les para regresar a l acei te .

F'uecto que e l ace i te act- para lubricar l a c irculación de cantidades PequePtas de ace i te junto con e l lubt-icante no PerjudicarA a l a válvula d e l control d e t l u j o y a algunas o t ras viPlvulas Que se tengan en e l sistema. S in embargo, debido a l eifccto adver-so que se produce en l a capacidad del sistema esta cantidad de ace i te d ebe r á conservarse en un minimo p r e t i c o , ademas, debido a que inicialmente l a c ir -c~i lacibr del ace i te

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y> c r:Ct

cantidad excesi'va de Parte desde e l cárter del cics mitin del volumen de ace i te en c i rcu lac i

o necesario para l a ace i te en e l cárter lubricacián adecuada de l as partes del compresor.

Para aue l a c i rcu lac ib i de ace i te se reduzca a un mínimo, algunas veces se instalan separadores de ace i te o trampas en l a tuber la de descarga entre e l compresor y e l condensador.

Como reg la general, deben emplearse separadores de ace i te en l a tuber la de descarga de cualquier sistema para e l cual' e l regreso del ace i te s e r í a inadecuado hacerlo en otra forma y / o

--donde l a cantidad de aceite en c i rcu lac ib i cause pérdidas indebidas en l a capacidad y e f i c ienc ia del s i sterna. Específ icamente, son recomendados l o s separadores de ace i te en l a tuberfa de descarga en todos los sistemas que emplean re f r igerantes no miscible5 (o re f r igerante que no se mezclan con ace i te a las condiciones del evaporadorj, no s610 por l a s

. di f i cu l tades que se han tenido en e l regreso del ace i te desde e l evaporador hasta e l c b t e r del cigtkfial, s ino tambih porque l a presencia de pequeñas cantidades de ace i te en los evaporadores de dicho sistema causan generalmente pérdida de e f i c ienc ia y capacidad del evaporador.

Se puede deci r l o mismo para sistemas que usan refr igerant$s mi5cibles cuando l a temperatura en e l evaaorador e5 menor a -32 C ( 0 F). Tambih 5e recomienda usar separadores de ace i te en todos los sistemas Que usen evaporadoes inundados, ya que e l reqreso del ace i te para es te Aipo de evaporador resu l ta set- inadecuado debido a l a s bajas velocidades del refr igerante.

Aunque l o s separadores-de ace i te son, muy e fect ivos en l a eliminación Bel ace i te contenido en e l vapor re f r igerante , éstos. no son 100% ef ic ientes . Por l o tanto, airi cuanda se use un seoat-ador de aceite , deben de usarse otros medios para regresar a l cárter una pequeña cantidad de ace i te que siempre pSsa a trave% del separador y ap l i ca r estos medios tambie a otras partes d e l sistema. Adeniás. debido a que los separadores d e ace i te Fiueden causar graves problemas en e l sistema s i k t o i no están debidamente instalados, e l uso de los separadores de ace i te ordinariamente se l imita a aquellos sistemas donde l a naturaleza del re f r igerante o e l diselk, en p&-ticylar d e l sistema, requiera de su.uso.

REFRIGERANTE-12

Es probable que e l Refrigerante-12 (CC12F2) en l a actualidad sea e l mas ampliamente usado. Es un re f r igerante bastante seguro en e l sentido d e que no e5 tóxico, no es inflamable y no es exDlosivo), además, e5 un compuesto altamente estab le que es muy d i f í c i l que f a l l e a h bajo condiciones extremas de operacidn. Sin embargo, a l ponerlo en contacto con una flama ab ie r ta o con un elemento de ca le facc ib i e l éc t r i ca , e l Refrigerante-12 s e descompone en productos que son altamente tdxicos.

Además de sus propiedades de seguridad, el hecho de Que e l Refrigerante-12 5e condense a una presibi maderada. bajo condiciones atmosf 6t;icas norn;lales y que tenga una temperatura de ebullicidm d e -29.8 C (-21.6 F) a l a p r e s i h atmosfh-ica, hace que este re f r igerante sea muy apropiado para usarse en apl icaciones de a l t a , media Y ba ja temperatura y con . los, t res t ipos de

. compresores. Al Refrigerante-12 se l e ha usado para en f r i a r salmuera a temperaturas tan bajas , como de - -8O'OC (-110 F) ut i l izando para e l l o compresores centrifugos de pasos miiitiples.

-

- L6

E l hecho de d e e l Ref misc ib le en ace i te ba jo todas l a s condic ione i m p l i f i c a e l re to rno d e l a c e i t e s ino que nientar l a e f i c i e n c i a y capacidad de l sistema, en t a n t o que l a acci6n solvente de l r e f r i g e r a n t e mantenga a l evapor-ador Y a l condensador relat ivamente l i b r e de p e l l c u l a s de acei te , que de o t r a manera tender la a r e d u c i r l a capacidad de tr-ansfeiencia de esas dos unidades.

Aunque e l e fec to r e f r i g e r a n t e por unidad de masa de kef r igerante-12 es re la t ivamente pequeño comparado _con io5 demás r-ef r i ge ran tes populares, es to no necesariamente e r u n a desventaja se r ia , de hecho, para l o s sistemas pequeños, e l hecho d e -hacer c i r c u l a r un peso grande de Refr igerante-12 es una gran venta ja aue permi te l l e v a r un c o n t r o l m á s p rec iso de l l a u i d o . En sistemas de gran capacidad, l a desven j a de l ba jo v a l o r de l c a l o r l a t e n t e 5e

ve compensada por l a de ad a l t a que se t i e n e en e l evaporador, de t a l manera que e l des tamiento de l compresor requer ido por tonelada de r e f r i g e r a c i o es mucho más grande que lo reauer ido pot- o t r o s r e f r i ge ran tes unes. También l a potenc ia requer ida por tonelada de capacidad COmDarabl@mente favorable con l a requer ida pot- l o otros igerañtes comunes.

Se usa una antorcha ida para de tec ta r fugas.

ONDE USARLO .?

E l Refr igerante-12 e un campo muy ampl io de apl icaciones. Se usa en sistemas cent gos de gran t o n e l a j e para re f r i ge rac ión y a i r e acondicionado; e f r i g e r a c i á n y a i r e acondicionado tan to comercial como d o m k t i c en re f r igeradoyes y congeladores de a l imentos y helados; en r iadores de agua en acondicionadores de a i r e i nd i v idua les y de ana; y en muchos o t r o s equipos.

Se usa por r e g l a e r a l en compresores recíprocos cuya po tenc ia pciede ser desd acciones hasta 100 o m A s caba l los y en los compresores r o t a t i v e pequeña capacidad ( de 1/8 a 2 cabal l o s ) . - - -

ORQUE USARLO ? I

E l Refr igerantc-12 es i d e a l para estas ap l i cac iones poruu@ cond’ensa a presiones moder das permit iendo a l a vez una amplia gama de temperaturas en e l evaporador. Para un sistema que u t i l i z a

. Refriger-ante-12 es s u f i c i e t e un compresor- que desplace 05 l i t r o 6 Dor minuto c)or tonelada a

Hoy en día, e l Refr ige-ante-12 &5 cada vez m a 5 popular para los sistemas cen t r l f ugos porque ex ige menos de 113 de l desplazamiento que e x i g i r f I un sistema camDar-able u t i l i z a n d o el Refrigerante-11, con e l cons igu iente ahorro de espacio. COR un compresor peque* es m á s f á c i l d iseñar un sistema completo para e n f r i a r agua.

.5.C de temperatura en e l evaporador.

PROPIEDADES FISICAS Y

4 una temaeratura ambiente de 24.C t i e n e una p r e s i b l de vapor de 6.4 kg/cm2. Su fórmula es CCl IFz. E l punto de ebu l l i c i á - r es -29.8OC. Peso molecular 120.9 ky/kmol. P r e s i h c r i t i c a 42 kg/ct (597 p*sia,. Temperatura c r i t i c a 112 C (234 F).

E

kg (15 1 ibras c i s t e r co lo r I)

Refrigeradte es desechab les* onzas) y em cilindr-ole, do 4.5. 11.3 y 6.5.7 kg (10, 25 $e vende en tambo

a a los fabricantes arga origin31. E l i s t in t i vo 'de -12 es el blSnco. en -

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os l a V i r g i n i a Smelting Company distfibyye e & ) en envases desechables.

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I NTRODUCC I CN

Básicamente s6 lo se u t i l i z an t r e s t ipos de comoresores para f i nes d e re f r i ge rac ib i . El más frecuentemente usado es e l compresor reciprocante, con capacidades desde f racciones de tonelada hasta 50 o m a toneladas d e refr igeración.

€1 compresor rotator io e5 usado en algunos re f r igeradores y aparatos de a i r e acondicionado. El compresor centr l fugo es una máiauina de a l t a capacidad, - generalmente ut i l i zada en grandes insta l ac iones.

t;dy en d í a hay compresores de cualquier t ipo, tamam y forma desde pequeñas unidades de unos cuantos k i los de peso hasta unidades que pesen cientos d e k i l o s y requieren de motores de hasta 1000 hp o má5. Pero todos e l l o s deben ejecutar t res funciones b &si cas:

Los compresores d e vapor usados en l a t-efrigeracidn industr ia l son de t r e s t ipos pr incipales : ( 1 ) recíprocos, (2) rotatorio5 y (3) centr l fugos. De 105 t res e l compresor reclproco o reciprocante e5 el más ut i i i zado . Con 1 os comp resores reciprocantesse puede operar cuando se requieran presiones en l a descarga superiores a los 5C)O Q/cm absolutos y se podra llegar- hasta l o s 80c10 Kg/cm2.

a) Compresor-es reciprocantes con ci 1 indros lubricados y *empaques en l a v a r i l l a del piatdn, para presiones de 300 )r:g/cm en l a succión, y de 8c10 en l a descarga.

b ) Compresores reciprocantes s in -1ubricacibl en los c i l indros , con empaouek-en l a v a r i l l a d e l pistón para pistoges en l a succick, de 500 kg/cm , y en l a descarga de 200 Kg/cm . Estos dos t ipos anteriores se usan en l a industria petrooufmica,. en l a ingenieria de l a s bajas temperaturas y en l a s ref iner ias .

hasta 350 Kg/cm y voliimenes e n l a succión de (l.06 m'ís. Se usa en l a compresi& d e a i r e para interruptores e l éc t r i cos de a l t o vo l ta je , en el enlatado de alimentos, e n plantas de llenado de gases, etc . .

para presiones.hasta 'de 3500 Kg/cm , con voltkntones ,de succi& de 0.07 m /s. Se emolean e n l a compresi& de gases industr ia les y c)roceso-> de llenado de tanques.

industr ia les , hasta de 3500 #g/cm , con volmenes de succi& d e 170 toníhr, absorviendo potencias d e 23000 Kw. con c i l i nd ros horizontales dispuestos por pares opuestos con .accibn mecánica simple de l o s pistones, Y de 4 a 14 cilindt-os. Se ap l i ca en l a s ~ l a n t a s d e sintcetPis d e los ~ o l i e t i l e n o s .

2 -

Una c l a s i f i c a c i b i que hace l a SULZER es l a siguiente:

- - z-

I c) Compresores. reciprocantes, t ipo monoblock, para prksiones de 2

I d ) Compresores reciprocantes con c i 1 indros lubricados por agua, 2

9

e) Comp resores rec io t-ocan tes paraz muy a1 ta5 presiones

2"

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1

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f 1 Comp resores re.c i p roca de descwroa hasta de 8000 i::g/cm y con voltmeneti de succi& segfn requerimientos. Se dest inan a l a compt-es uidos y gases a l a s más a l t a s p t ~ s i o n e s , y en S p lan tas p i l o t o de invest igac iones c i ~ d t i f i c a Todos es tos t i p o s de compresat-es t-eciprocantes permiten, en general, r e a l i z a r l o s procesos de compresib, de un f l u i d o s in p roduc i r contaminacidn aprec iab le en e l mismo por e l ace i te l u b r i c a n t e de l a maquina.

g) Ex is ten todavfa o t ros compkesores reciprocantes con p i s t b , de l a b e r i n t o que garant izan ath más Ta-ño contaminacián de l f l u i d o por e l lubr ican te , t a l -como 1-0 exigen c i e r t o s procesos en l a i n d u s t r i a oulmica, por ejemplo en l a compresi& d e l oxígeno puro. Las presiones de t raba jo osc i l an en t re 1 y 500 K g / c m * J

, absolutos, aproximadamente, con voliinienes de succi& de 0.1 a 3 m /s. r a m b i h se usan en l a5 p lan tas cr ioGh. icas, por ejemplo, de l i cuac idn de gas na tu ra l a - 16OoC.

z

!

9 I VENTAJAS DE LOS TUREOCOMPRESORES SOBRE LOS

COMPRESORES RECIPROCANTES. -

1 ) Const rucc ib i compacta que siempre o f rece una máquina g i r a t o r i a

2) Tamam reducido de mbuina. 3 ) Seguridad en e l funcionamiento. 4) Mantenimiento mínimo. 5) üesgastes despreciables. 6 ) Recambio supér f luo de aartec. 7 ) Cimentacibi s e n c i l l a y económica. 8) F á c i l i n s t a l a c i á n y o p e r a c i h . 9 ) Funcionamiento s i n v ibrac iones o en grada mínimo. 10) Regulacib, pr-ogresiva f á c i l . 11) Empleo de motores e l é c t r i c o s de inducción simples para

12) Déó i l con'sumo de c o r r i e n t e e l é c t r i c a en e l arranciue. 13) Remota contaminacidn de l f l u i d o por e l ace i te lubr icante. 14) Gasto vo lum#tr ico super ior .

I sobre una máquina a l te rna t i va .

.

adecuarlos.

- - VENTAJAS-DE LOS COMPRESORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

SOERE LOS TUREOCOMPRESORES

1) Los comoresores de desplazamiento p o s i t i v o rec iprocantes pueden alcanzar p6esiones de t raba jo mucho m&s a l t a s que l a de .los turbocompresores. En c i e r t o s procesos donde se exigan presiones super iores a l o s 500 Kg/cm y hasta 8000 es necesar ia hacer uso de compresores' reciprocan tes. Tambi & en Dro l lenado de tanques, en e l manejo de gas na tu ra l , etc. Los Eompresoces de p is tón de l abe r in to o f se l l ado muy e f icaces qye permiten l a comaresibri de f l u i d o s l i b r e s de contaminacián d e l ace i te lubr ican te . como es l a ex igencia de ciertos procesos Químicos.

2 ) Cuando l a pr -es ib i en l a succi67 e5 i n f e r i o r a l a atmosf&rica. los turbocompresores t ienen muy l im i tada su a p l i c a c i h , sa lvo en aquel los casos donde no sea muy sensib le esa rgduccicici de presi6n. por ejemctlo, has ta del order?' de .5 Kg/cm. Pero cuando se requieren presiones m A s dratsticas de vac lo es prec iso recurrir a l a s bombas de vac lo o compresores r o t a t i v o s pos i t i vos , l o s cuales b ien pueden ser de l t i p o de pa le tas

2

des l i zan tes (deno c t o r e s americanos Ro-Flo) o de a n i l l se puede l i e g a r a presiones en l a succi t a 4xlU-%c>/cm.

EL CICLO DE COMFRESION

En l a f i g u r a 5 se esquematiza un compresor en d i fe ren tes posiciones, a l moverse e l p i s t b i hac ia l a derecha 5e forma l a . c a r r e r a de succi&, pasando vapor de ba ja p r e s i b i , proveniente de l a t u b e r l a de succi& a t r a v k de l a s vá l vu las de succi&. En su c a r r e r a hac ia l a izquierda e l vapor de ba ja p r e s i b i es comprimido y d e s p u k descar~ado como vapor de a l t a presidm a t r - a v k de lac válvulas; de descarga.

Para e v i t a r e l choauekiel &bolo cont ra l a s p lacas de l a s vá l vu las se debe de ja r un vol*en de l orden d e l 3 a l 15 X llamado vo 1 umen muer- t o.

No todo e l vapor de a l t a p r e s i b i pasará a t raves de l a 5 vá l vu las de descarga a l f i n a l de l a c a r r e r a de compresi&. Permanece una c i e r t a cantidad dentro de l c i l i n d r o en e l espacio de l c l a r o e n t r e e l p i s t ó n y l a p laca de l a vá lvu la. E l vapor que permanece en e l espacio de l c l a r o en e l f i n a l de cada car re ra de descarga se l e l lama vapor de l claro.

Con respecto a l a s f i gu ras by 7 , éstas ayudan -a entender l a ooeraciek d e l compresor. La f i g u r a 6 es un diagrama de F vs t en e l cua l se t raza l a prec j ib i de l c i l i n d r o con t ra l a pos ic icb de l a manivela. La f i g u r a 7 e5 un diagrama t e ó r i c a Prer,icki-volumen de un c i c l o de compresib, te&-ico.

A1 punto A se l e conoce como punto muerto super ior . En es ta pos i c ión Permanecen cerradas tan to l a vá l vu la de s u c c i b i como l a

- Durante l a car re ra de succión, se expande e l vapor de a l t a p r e s i h que se t i e n e en el espacio de l c la ro . La expansión se e f e c t h a medida que se aumenta el volumen d e l vapor contenido en e l c la ro . Cuando e l p i s t ó n l l e g a a l punto E. l a pi*gsión de l vapor en e l c i l i n d r o , es. l igeramente menor que l a presiCR d e l vapor que se t i e n e en l a tube r la de succi&: abriéndose l a s vá lvu las de succión; hasta que e l p i s t á n l l e g a a l extremo det-echo de su c a r r e r a en e1 punto C. Durante e l prpceso b-C . l a presim dentr-o del. c i l i n d r o permanece constante e i g u a l a l a pres-ión que se t i e n e en l a succión. En e l punto C, se c i e r r a l a ' v a l v u l a de succi&. generalmente Dot- l a acción de un resorte y empieza l a car re ra de compresic5-t.

La pres ión de va r en e l c i l i n d r o se aumenta a l o la rgo de l a l i n e a C-D, Al. tiempo ue e l p i s t 6 i l l e g a a l punto D, l a p r e s i b en e l c i l i nd r -o ha s ido aumentada hasta que se ven fot-zadas lac,

hac ia l a tuberfa de ga5 ca l ien te . E l f l u j o de vapor a t ravés de l a s vAlvu las de descarga cont in- durante e l desplazamiento desde D hasta A mientras que l a p r e s i h en e l c i l i n d r o permanece constante a l a p res ich de descarga. Cuando e l p i s t ó n regresa a l punto A, se completa e l c i c l o de compresilb, y e l cigtteñal d e l c ~ m ~ r e s o r ha gi rado una vue l ta comnleta.

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de descarga. L

va lvu las de descarga a a b r i r s e pasando e l vapor d e a l t a pr-esi& I

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DESPLAZAMIENTO DEL PISTON

/ E l desplazamient de l i s i5tán de un compresor reclm-oco es el volumen total barr ido en el c i l i nd ro por el ~ i 5 t . h en un c i e r t o interva lo de tiempo. Para un comDresar reclor-oco de accib, simple, el desplazamiento de l p ist& se t á l cu l a como sigue:

__

donde Ud --demlazamiento de l o ik tá i -

longitud de l a ca r r e a N ---revoluciones por uniddd de tiempo del cigüel%l

D ---diámetro del c i l i n d r L ---

n ---n&nero de c i l i nd ros 4 3

El voltmen del c i l i nd ro el clual es barr ido poi- el D i t & en cada cart-era es l a d i ferencia en~tre el volbnen del c i l i n d ro cuando el pistdm está en la Darte in f e r i o r de su carrera y el v o l h e n del c i l i n d r o cuando el Distbn esta ein l a parte superior de la cart-era. Esta Darte de l voldmen del cilinidro se obtiene multiplicando el área de l a s e c c i h transversal dlel agujero por l a longitud de l a c a r re t-a .

Area de l a seccián transv$rsal del agujero = 0.7854D.

Vol. d e l c i l . barr ido pot- el p i s t h e n c/cat-reFñ= (0.7854D') (L)

0

\

Una vez conocido el volumen del c i l indro , el v o l h e n del c i l i n d r o total barr ido por'el p i k t b del compresor de un só lo cilindt-o, en una unidad de-tiempp, puede ca lcu larse rhultiplicando el volumen de l c i l i nd ro por las revoluciones por unidad de tiempo (NI. Cuando el campresor t iene mhs de un c i l indro , e l ' volumen del cilindr-o debe 5er multiplitzado por el ntmero de c i l i nd ros ( n ) . -

CWACIDFID TEORiICA REFRIGERANTE

1 La Capac-idad re f r igerante de cualquier compresor- depende de las condiciones de 0peraci.h del sistema y, as1 mism la capacidad re f r i ge rante , es obtenida a t r a v k de l a m a s a de re f r igerante que c i r cu l a en l a unidad de tiempo y por el e fecto re f r i ge rante p o r . unidad de masa circulando.

igual ' a l a masa de l vapor en l a succi& que -e l compresor admite a l a entrada de l a succi& por un idad~de tiempo. S i se supone que el compresc3c es 166% e f i c i en t e y qu+ el c i l i n d ro del compresor se

l l ena completamente con vapor del l a succi& proveniente de l a tubería de l a succi* con cada d4splazamiento del pistón hacia l a derecha el volúmen de vapor 4ue pasa hacia e l c i l i n d ro de compresibn y Que es comprimido e n l a unidad d e tiempo, será exktamente igual a l desplaiamie to del p i s tán del compresor. La masa eauivalente de esta raz6.I d f l u j o de volumen es l a masa, de r e f r i ge rante circulado por el co presor en l a unidad de tiempo y puede ca l cu l a r se multiplicando e desplazamiento de l p i s t& del compr-escpr por l a densidad de l va o r a l a succi& a l a entr-ada de l compreosdr. O. dado aue-el volume especi f ico es el invek-so de l a densidad, el f l u j o de masa ta 1 bién se obtiene dividiendo el

La r a z h de f l u j o de masa prbducida por el com&esor e5

$4

\ i

desplazamiento del pi c/+ico del vapor' de

la succión. o sea:

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fik = (vd)/(u)

Una vez obtenida la rat& de flujo de masa la capacidad tedrica refrigerante del compresor- se obZiene multiplicando la rat& de flujo de masa por el efecto refrigerante por unidad de masa.

-

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CAPACIDCID REFRIGERANTE REAL -

La capacidad refrigerante real de un compresor siempre es menor a la capacidad tebrica calculada. Esta discreaancia e5 producida entre otras causas pot-: ( 1 ) En cada carrera de succi& de el pist& 'se supone QUP se llena completamente con vapor de la succi& proveniente de la tubería de succi& y (2) tambib se supone Que la densidad del vapor estando el cilindro lleno es la misma que en la tuberia de la succi&.

Si estas consideraciones fueran correctas la capacidad refrigerante real debería ser igual a la capacidad teórica. Desafortunadamente esto no es el caso. Debido a la compresibilidad del vapor refrigerante Y al claro mechico entre el pistbi y la placa de la válvula del comoresor, e1 volumen del vapor de la succión que llena al cilindro durante la carrera de succi& siempre es menor acre el volumen barrido Dot- el pist&. Además como mAs adelante se demostrará la densidad del vapor en el cilindro lleno, siempre es menor que la densidad del vapor de la succi& en la tubería de succi& a la cual &te pasa hacia el cilindro del comoresor siempre es menor que el desplazamiento del pistón y Dot- . lo tanto, la capacidad refrigerante rea1 del compresor -siempr-e es menor Que Id capacidad teórica.

- -

EFICIENCIA VOLUMETRICA TOTAL -

El vohmen real del vapor succionado en la unidad de tiempo proveniente de la tuberfa de succi& es el desaazamiento real del compresor. La relación desplazamiento real del compresor al desplazamiento del pistb, es conocido como eficiencia volum4trica

- total o real del compresor. Entonces.

V O

V P * 100 Ea = - -.I_-

Donde: Eb---Eficiencia volumátrica total Va---Valumen real del vñoor succionado y comprimido en

Vp---Dssolazamiento del pistón del .compresor unidad de tiemoo

.-, s 5

!

\

FACTORES QUE M Ici VOLUMETRIC& TOTAL

Los factores que tienden a l imitar el volumen del vapor succionado por carrera d e trabajo, con io cual se determina l a of ic iencia volumCtrica del comoresor son los siguientes: 1 . E l c l a r o del comoresop. 2. 3. Calentamiento en el c i l indro . 4 . Fugas por e l p i s tb , y valvulas.

Est t-angu 1 ami en to.

EFECTO DEL CLARO EN LA EFICIENCIA VOLUMETRICA

Debido a l c l a ro de l compresor y a l a compresibilidad del vapor re f r i ge rante , e l volci-;en del vaa de l a succidn que e5tá fluyendo hacia el c i l indro , es menor que volumen barr ido por el p i s t& . ' Como previamente se demostr6 1 f i n a l de cada carrera de compresi&. una c i e r t a cantidad de vapor permanece en e l c i l indro en e l espacio del c l a r a , despub Que se han cerrado la5 valvulas de l a descar-ga. E l vapor que se queda en e l espacio d e l ' c l a r o ha sido comprimido hasta l a nresidn de l a descarga y a l pr incipio d e l a - carrera de la succi& antes que se abran l a válvulas de íucc ib i y permitan f l u i r vapor del tubo de succiai hacia e l c i l indro . El p i s t& habrá completado una parte d e su carrera- de succibi y e l c i l i nd ro e s ta rá en condiciones para ser parcialmente llenado con e l vapor del c l a ro reexpandido antes sue puedan abr i r se l a válvulas de l a succidn para admitir vapor d e l a tuberla de succibi hacia e l c i l indro . .Entonces, e l vapor succionado d e l a tuberla d e succidn llenar-A solamente una parte -de l volumen de pn c i l indro e l cual no ha s ido completamente llenado con e l vapor reexpandido de l c l a ro d e l vapor.

En l a f i gura 7, V c es e l volumen tota l del c i l indro uuando e l pist& e s t a en l a Darte in fe r io r de su carrera. Va, e l cual representa el volumen del c l a ro es el volumen ocupado por e l vapor del c l a r o a l f i na l de l a carrera d e compresidn. Entonces l a d i f e renc ia entre V c y V a es e l volumen del c i l & d r o barrido por el p i s t& en cada carrera. Durante l a carrera d e Eiuccicri del pistdn e l volumen d e l c l a r o se exoande desde V a hasta V b antes que l as válvulas d e s u c c i h se abra¡+. For l o tanto l a parte del volumen d e l ~

- . c i l i n d r o que e& llenado con vapor de l a succi& es l a di ferencia entt-e V b y Ve.

1

EFICIENCIA VOLUMETRI CA TE= ICA

La e f i c i enc i a volumiotrica de un compresor debida solamente a l factor del c laro. e5 conocida como e f i c i enc i a volum&rica te&ica. '

Puede demostrarse matemáticamente que l a e f i c i enc i a volumetrica tedrica varia con l a cantidad de c l a ro y con la5 presiones en l a

f Bc i 1 men te. - sciccibi y en l a descarga. La raz& de esto se expl ica muy

EFECTO DEL INCREMENTO DEL ckfieo

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I 1

S i se aumenta el volumen del c l a ro de un compresorcpn respecto- ' a l desplazamiento del pistón. se incrementará e l por ciento de

vapor- de a l t a presick, que permanece en el c i l i nd ro a l f ina l de l a carrera de compresih. Cuando toma lugar l a r e x p a n s i h durante l a carrera de succi&, un gran porcentaje del volumen total de l c i l i n d r o es llenado con e l vapor reexpandido d e l c laro y e l

e l volumen del c l a ro era menor. P a r a i t e n e r l a e ' f iciencia volumctrica máxima e l volumen d e l c l a ro del comprescw del vapor debe conservar-se tan pequefío como sea pos ib le .

E s d e notarse aue esto no es necesariamente c i e r to para una bomba de l iquido con movimiento a lternativo. Debido a que e1 l l au ido no es compresible, el l íquido que queda en e l espacio del c l a r o a l f i n a l d e l a carrera de 'descarga t iene el mismo volumen espec i f i co que e l l iquido a l a entrada de l a s u c c i h por l o tanto no se t iene reexpansión del l iquido en e l c l a r o durante l a carrera de succi& y e1 volumen del l iquido tomado en cada carrera siempre es igual a l volumen barr ido pot- e l pistón independientemente del c l a ro .

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i volumen del vapor succionado en cada carrera será menor w e cuando i

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I -VARIACION CON LAS PRESIONES EN L A SUCCION Y EN L A DESCARGA i 4 .

E l aumentar l a i h en l a descarga Q disminuir l a prelicri en l a succión tiene e l m o efecto sobt- l a e f i c ienc ia volumdtrica que s i se aumentara c laro . S i se aumenta - l a presidn de l a descarga e l vapor d l a ro será comprimidq a una presick mayor y se neciositará una cantidad mayor de reexpansick para expander el vapm- hasta l a p res ib i d e l a succión. As1 mismo, s i se disminuye l a pt-@sick, de l a cjuccibn. e l vapor del c l a ro debe experimentar una gran- reexpansión para expandirse a una pres ibr menor antes que 5e

abran l a s valvulas de succi&. For otra parte, para una presibn d e descarga constante l a

cancidad de reexpansi& que e l vapor del c l a r o experimenta antes que se abran l a s válvulas de l a succión, disminuye a medida que l a pr-esiór! de succión aumenta. Entonces. es evidente que l a e f i c ienc ia volumctrica del comoresor s e aumentará a medida que se aumenta l a presión de r>ucci& Y disminui2A a medida que se aumenta l a . preí iCin de i a descarga.

t

RELACION DE COMPRESION

Se llama relacidn de compresi& a l a re lacián entre l a 13re5ih absoluta d e succi& a l a presidn absoluta de l a descarga. Entonces,

presión absoluta en l a descarga

P res ih absoluta en l a succi& R =

I donde R = re lacidn de compresi&

I Examinando ,la e c u a c i a se deduce que l a r e l a c i * d e compr-@si* se aumenta ya sea aumentando l a pres i6 , en l a descaroa o disminuyendo la presián en l a succi& o ambas cosas. - En l a secc ib i anter-ior se demostrd que a l aumentar l a DresiCrn d e l a descarga o d i sm in u i r l a presi&n de l a succi*, s e disminuye

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l a e f i c i enc i a volumdt ties. que cuando la5 Dresiones en l a succi arlan de tal manera aue se incremente e1 valor de l a relacidn de compresi&. se disminuirá l a e f i c ienc ia del comPresor. Para un comot-esor de cualquier c l a r o dado, l a e f i c i enc i a volumétrica var ía inversamente con l a r-elacib, de cornor-esidn.

EFECTO DEL ESTRBNGULAMIENTO -

. - Se de f ine estrangulamiento como una " res t r i cc ib i de Area para un fluidrr-que está fluyendo causando una pérdida de presib-r pot- f r i c c i b i ( interna Y externa) s i n pérdidas de ca lo r o rendimiento de l trabajo" .

Para tener f l u j o de vapor desde l a 'ubería de succibi pasando a traves de l a s válvulas de succián, hacia el c i l i nd ro de l comRresor. deberá e x i s t i r . u n di ferencial de p r e s i b entre las vhlvulas de vaPor e f i c i en t e para vencer l a tens ib i del resorte de l a vá lvu la Y el peso e inercia de l a válvula. Esto Quiere decir que el vapor de l a succidn experimenta una leve expansidn por estrangulamiento o calda de pr-esibi a medida que &te f l uye a t r a v k de las válvulas de succión y por 105 conductos del compr-esor. Por l o tanto. l a presiki del vapor de succib, que está llenando a l c i l i n d ro del compre~íor. siempre es menor que l a presib, del vapor que se t ime en l a tuber la de succib,. Como resultado de l a c o n d i c i h de expansi& del vapor que esta llenando el ci l indro , el volumen del vapor succionado que 5e toma del tubo de succi& Que en cada carrera es menor que e l del vaPor que está llenando e l c i l i n d ro e l cual tenla l a presidn del tubo de l a succidn.

Se necesita de un di'ferencial ,de p r e s i h s imilar a t r a v k de l a s válvulas de descarga a f i n d e lograr l a descarga de l vapor para f l u i r a travlk de las válvulas hacia el condensador. Para proporcionar el di ferencial de presicri necesario a trave%% de 13s vá lvu las de descarga, el vapor dentro del c i l i n d ro debe ser comprimido hasta una prcsidn a l go mayor- que l a presián condensante reai . E l vapor que se queda en el espacio del c l a r o a l f i n a l de f l a carrera de descarga tendrá esta misma p r e s i h a l ta . Para reexpandirlo desde esta p re s i b i a l ta durante l a carrera de succi6íi. el vagor del c l a r o debe s u f r i r una mayor canttrdad de reexpansi& de- l a que se tendcía si se hubiese comprimido hasta l a p r e s i b condensante. Como consecuencia de l a mayor exuansidn del vapor 'del clar-o una gran parte del volumen de l c i l i n d ro es - l lenado con el vaoor de l c l a r o reexpandido durante l a carrera del p i s t& hacia abajo. reduciendo l a cantidad de vapor succionado de l a tubería de succ i án.

A diferencia de otros fac.fiores l o s cuales determinan l a e f i c i en c i a volumétrica, el estra'nqulamiento n o se ve directamente afectado por l a r e l ac i b , de com~rec;i&n. En general . el estrangulamiento es funcicfm de l a velocidad del vapor re f r igerante que está fluyendo a tra,v&s de las válvulas y conductos del comf)resor. A medida que se aumenta l a velocidad de l vapor a t r a v k de l a s vA1vulas tñmbi& se aumenta el efecto de estrangulamiento.

La velocidad del re f r i ge rante a través de las vblvulas de un compresor depende del disefSo de l a s válvulas, de l r e f r iqerante usado y de l a velocidad angular del compresor.

A1 aumentar l a velocidad de l compresor se aumenta e l desplazamiento del pi5tá.r. Por- l o mismo, l a velocidad del vapor a t r a v h de las valvulas y e l efecto d e estranqulacib, se aumentan a medida que l a s r .p .m. son aumentadas.

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EFECTOS DEL “C& CILINDRO

Otro f a c t o r que t iende a t-educir- l a e f i c i e n c i a volumOtrica d e l comDresor es e l calentamiento d e l vaDor succionado en e l c i l i n d r o d e l comnr-esor. E l vapor succionada que en t ra a l c i l i n d r o de l cmpresor es calentado por e l calot- provdhiente de l a s paredes d e l c i l i n d r o y por l a f r i c c i h resu l tan te de l a tu rbu lenc ia d e l vapor en e l c i l i n d r o y por e l hecho de que e l r e f r i g e r a n t e no es un gas per fec to . E l calentamiento causa que el vapor se expanda desoués de su entrada a l c i l i n d r o , de modo acre se tendrá una--- masa menor de vapor por cada l lenando de l c i l i n d r o y por l o mismo reduciendo e l volumen de vapor tomado d e l a t ube r ía de succi6n.

E l calentamiento de l c i l i n d r o se aumenta a medida uue se 1 aumenta l a r e l a c i & de compresi&. Fara re lac iones de compresión

a l t a s e l t raba jo de compres ih es mayor y l a temperatura en l a descarga se aumenta. Esto causa un aumento en l a temperatura de l a s oaredes d e l c i l i n d r o y de o t ras pa r tes de l compresor de t a l manet-a que l a t rans fe renc ia de c a l o r hac ia e l vanor de l a succ i& ocurre en proporc idn mayor.

EFECTO DE FUGAS FOR EL PISTON Y VALVULA

Cualquier fuga de gas ya sea a t r a v b de l a s vá lvu las de descarga o a l rededor de l p i s t & hace d i sm inu i r e l volumen de! vapor bombeado por e l compresor. Debido a l a p r e c i s i h en l o s or-ocesos de f a b r i c a c i h se t ienen muy pocas fugas de qas alrededor de los p is tones pat-a un compresor en buenas condiciones. S in embargo, ya quo no es pos ib le diseñar vá l vu las que c $e r ren instantáneamente siempre habr& una c i e r t a cant idad de gas fugándose a t r a v k de l a s vá l vu las de descarga.

CI medida que ba ja l a p r e s i h en e l c i l i n d r o a l p r i n c i p i o de l a ca r re ra de succ i& se tendrá una oequeña cant idad de vapor de a l t a p r e s i h en e3 cab de l compresor aue se regresará hac ia e l c i l i n d r o antes qu vá lvu las de l a descarga es t& completamente cerradas. Análogamente; a l p r i n c i p i o d e l a ca r re ra de compres ih. a lgo d e l vapor en e l c i l i n d r o se regresará pasando a t raves de l a s vá lvu las de succ i& hac ia l a s tuber ías de succ i& antes que l a s

Fara asegurar- un c i e r r e ráp ido de l a s vf ivulas, t an to l a s vá lvu las de succión como l a s de descarga.. por- l o general se construyen de mater ia les de poco peso Y están l igeramente actuadas oor- resor tes. S i n embargo. debido a que l a tens i& d e l reso r te se aumenta POP e l alargamiento d e l alambre, l a cant idad de carga en e l r e s o r t e es c r l t ica.

Para cua lqu ie r compresor l a cant idad de fugas a t r a v b de l a s vá lvu las es func ib , de l a relacicSn de compresi& y de l a velocidad d e l comoresor. A mayor r e l a c i b t de ComDresih mayor ce rá l a cant idad de fugas a t ravés de l a s v$lvulas. m á s adelante se d i s c c i t i r i e l e fec to de l a .velocidad de l comDresor en l a s fugas a t raves de l a s vá lvu las.

v á l l u l a s - de succ i& Puedan cerrarse. -

39

DETERMINACION D€ LUMETRICA TOTAL

E l e fec to combinado de todos los factores an ter io res en l a ,

e f i c i e n c i a volumétr ica de l compresor v a r i a t o n e l d i se fb de l compresor- y con e l re f r i ge ran te u t i l i z a d o . Además, l a e f i c i e n c i a vo iumétr ica no t i e n e va lo r constante para . n i n g h ' compresor; h t a cambia con l a s condiciones de operacick de l sistema, por l o tanto, ~

l a e f i c i e n c i a volumétFica t o t a l de un compresor es d i f í c i l p r e d e c i r l a matemáticamente y podrá obtenerse con exac t i tud solamente en base &-pruebas rea les hechas a l compresor en &l 1 abora t o r i o.

S in embarqti;- l o s resultados de t a l e s pruebas ind ican que l a e f i c i e n c i a volumdtr ica de cualquier compt-esor es pr incipalmente función de l a r e l a c i d n de compresidm y, para una re lac ión de compres ih dada, de manera p r á c t i c a permanece constante, independientemente d e l rango de operación. Tambib se ha determinado que para l o s compresores clue t ienen l a s mismas c a r a c t e r í s t i c a s de d i se fb t ienen m á s o menos l a s mismas e f i c i e n c i a s volum4tricas independientemente de l tamaño de l o s c o m p reso res.

En l a s curvas mostradas en l a f i g u r a 8 -se muestra l a r e l a c i h e n t r e l a reacidn de compresidn y l a e f i c i e n c i a vo lumdtr ica de un compresor t í p i c o de un halocarburo. Los valores dados son para compresores cuyo rango está en t re S Y 23 hp. Comoresores mas chicos t ienen e f i c i e n c i a s l igeramente menores, mientras que l o s compresores mayores t ienen e f i c i enc ias 1 igeramente m á s a l t a s . Las e f i c i e n c i a í para compresores que usan amoniaco son de 5 a 10% mayores que para compresor-es de halocarburos.

- -

VAHIACIQN DE LA CAFACIDAD DEL COMPRESOR CON LA TEMPERATURA DE SUCCI6N .

E l rendimiento d e l compresor y l a e f i c i e n c i a d.el c i c l o var lan con s i de rab 1 emen con l a s condiciones de operacidn d e l sistema. E l f a c t o r m a s impo n t e que regula l a capacidad de l compresor e8 l a temDeratura vapor izante de l l i q u i d o en e l evaporador, o sea, 2 l a temp&-atura en l a succi&. Las grandes var iacionek de capacidad Que se t ienen en un compresor l a s cuales suceden jun to con ~ Q B

cambios de temperatura de succi& son pr incipalmente resul tado de l a d i f e r e n c i a de densidades que se t i ene en e l vapor de succi& a l a efitrada d e l compresor. A mayor temcwratura vaporizante de l l i q u i d o en e l evaporador mayor se rá l a D r e s i á i vaporizante y mayor es l a densidad d e l vapor de l a succibn. For l a d i f e renc ia en l a densidad d e l vapor- de l a succidn. cada volumen u n i t a r i o de vaoor comprimido por e l compresor, representará una masa mayor de r e f r i g e r a n t e cuando la temperatura de succ i& e5 mayor que cuando l a temperatura de succi&. es menor. Esto i n d i c a aue para cualqu ier desplazamiento de p i s t & dado, l a masa de r e f r i g e r a n t e c i r cu lado por el compresor en l a unidad de tiempo se actmentari a medida que se aumenta l a temperatura en l a succi&.

La va r iac ión real en l a capacidad d e l compresor debido a cambios en l a temDeratura de l a succi& e s t i m á s marcada que l a indicada por los cdlci-tlos teciricos. La razón de esto es que l a s re lac iones de cclmpresiek cambian a l cambiar la temperatura de la SUC t i ón . Cuando se aumenta l a temperatura vapor izante permaneciendo constante l a temperatura condensante, l a t - e l a c i h de

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Tmqwrcu~a dd condensame - c

Fig ' 0 sanle sobre i1 capacidad y potencia da compresora reciprocontcn.

Curvas que mues;ran bs efertos de lo temperatura del condan- I

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compresi& se disminuye v se mejor-a l a e f i c i e n c i a volumétr ica de l compresor. Por tanto. con succ ib i a temperatura elevada. además de bombear una gran masa de t-cfr- igerante por unidad de volumen, ese

* volumen de vaDor bombeado pot- e l compresor se aumenta debido a que se mejora l a e f i c i e n c i a volumétrica.

I

EFECTO DE LA TEMPERATURA CONDENCANTE EN LA CAPGCIDAD DEL-COMPRESOR

__ \

En general, l a capacidad r e f r i g e r a n t e del-c6mpresor disminuye a medida que l a temperatura condensante se aumenta.

S i suponemos una e f i c i e n c i a de l lOCi% en e l compresor para desplazar un volumen t e ó r i c o de vaDor i gua l a l desplazamiento d e l p i s t d n y que l a densidad d e l vapor de succión que en t ra a l compresor a cua lqu ie r temperatura vapor i tan te siempre es l a t misma, independientemente de l a temperatura condensante. e l peso te&- ico de r e f r i g e r a n t e desplazado por e l compresor es e l mismo para todas l a s temperaturas condensantes y por l o tan to l a capacidad r e f r i g e r a n t e tedr- ica de l compresor para cualqu ier temperatura condensante depende só lo de l e fec to re f r i ge ran te por unidad de masa de r e f r i g e r a n t e c i rcu lado. Entonces. l a d i f e renc ia en t re l a

- - capacidad re f r i ge ran te t e ó r i c a d e l comDresot- a l a s dos temperaturas condensantes r e s u l t a enteramente de l a d i f e renc ia en e l e fec to re f r i ge ran te por unidad de masa.

La reduccick de l a capacidad r e a l de l compresor puede ser a t r i b u i d a a va s factores: (1) a 13 r e d u c c i h de l e fec to r e f r i g e r a n t e por unidad de masa (2) . a l a reduccidn de l a e'f i c i e n c i a volumétr ica de l comoresor.

d Aumentando l a temperatura condensante mientras que l a temperatura de l a succi0n permanece constante. -se aumenta la. re lac idm de compresibi y se reduce l a e f i c i e n c i a volumétr ica de l compresor, de manera que se disminuye e l volumen de vapor

- desplazado en l a unidad de tiempo en e l compresor. Pot- l o tan to a h : cuando l a densidad de l vapor que l l e g a a l compresor permanezca

i g u a l para todas l a s temoeratut-as condensantes, se disminuyen l a masa r e a l de re f r i ge ran te c i r cu lado en l a unidad de tiempo por e l compresor debido a la r e d u c c i b en e l desplazamiento de l compresor.

tcmparatura de descarga isoentrcipica. Para es te caso es in te resante no ta r ( f i g u r a 11) que e l aumento en l a temperatura de descarga i s o e n t r b i c a es a lgo mayor que e l aumento ten ido en l a temperatura condensante mientras.que 11 aumento en l a temperatura condensante es de s d l o 20 F (120 -100 1 51 auTento en l a temperatura en l a descarga es de 23.5.F (137.5 -114 1. Esto se exp l i ca Dor e l aumento' de t raba jo de compresibi a una r e l a c i b i de compresi& mayor. S i l a temperatura condensante se hubiese aumentado en t a l forma Que no hubiese cambio Sn l a r e l a c i b i de compresi& ( a l aumentar en DroDorción l a temperatura de succión). e l aumento en l a temperatura de l a descarqa s e r i a aproximadamente i gua l a l a temperatura condensante.

Las temperaturas a l t a s en l a descarga no son deseables y deben de e v i t a r s e en l o posible. A mayor temperatura en l a descarga mayor se rá l a temperatura promedio en l a s paredes d e l c i l i n d r o y mayor ser& e l sobreca le~tamiento de l vaDor de succidn en e l c i l i n d r o de l comE)resor. Ademis de ser esto. adverso a l a e f i c i e n c i a d e l compresor. l a temperatura a l t a en l a descar-ga, t iende A aumentar l a rap idez de formaci& de á c i d o en e l sistema. a causar ca rbon izac i k i

*

-

Aumentándosele l a f-temperatura condensante se . aumenta l a '

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1714

1311 . *

i :

. -

de l ace i te en la .cab& a pr-oduc i r o t ros efectos p e r j u d i c i a l e s en e l equipo.

La Ddrdida de e f i c i e n c i a y capacidad .del compresor resu l tan te de un aumento en l a temperatura condensante d e l c i c l o , es mBs ser ia cuando l a temperatura de suce'idm d e l c i c l o es ba ja que cuando es a l t a .

- POTENCIA NECESARIA EN EL COMPRESOR

La potenc ia teó r i ca necesaria para impuisar a l compr%&or puede ser obtenida mu l t i p l i cando l a capacidad r e f r i g e r a n t e r e a l del-- compresor, por l a potenc ia t e ó r i c a necesaria para capacidad u n i t a r i a pat-a l a s condiciones de aperac ib i especif icadas. Hacemos no ta r que l a capacidad r e f r i g e r a n t e r e a l de l compresor y no l a caDacidad r -e f r igeran te t e d r i c a es l a que debe usarse para obtener -

l a potencia t e d r i c a necesaria en e l compresor. En l a p r á c t i c a hay c i e r t a s pBrdidas de potenc ia que se agregan

debidas a l a f r - i cc idn mec'bnica en e1 compresor y por l a desviación aue 5e t i ene en t re un c i c l o de compresib, r e a l y un c i c l o de comDresiki idea l . Es evidente. que debe-suministrarse una potencia mayor a1 compresor para absorber éstas ped idas . For l o tanto, l a potenc ia r e a l necesar ia en un compresor siempre será mayor que l a Dotencia te&- ica obtenida en cá lcu los.

VARIACION DE LA POTENCIA DEL COMPRESOR CON LA TEMPERATURG DE CUCCICHI

Aunque l a potenc ia necesar ia por unidad de capacidad r e f r i g e r a n t e disminuye a medida que aumenta l a temperatura de succión. l a potenc ia t o t a l necesar ia Dara cua lqu ie r compresor podrd aumentar o d i sm inu i r dependiendo de s i e l t raba jo t o t a l efectuado por e l com~reso r 5e aumente o se disminuya.

La cánt idad t o t a l de t raba jo por unidad de tiempo efectuado por un compresor y, por l o tanto, l a potencia requer ida para impulsarlo, es fuecidm 5610 de dos factores: ( 1 ) e l t raba jo de comp't-esión por- unidad de masa de vapor comprimido y ( 2 ) l a masa de vapor comprimido por unidad de tiempo.

La cant idad de t rabajo, l a cual es efectuada en comprimir e l vapor desde l a p res ibn de succ i& hasta la-pt-esidn de l a descarga v a r í a con l a t íe lñcibi de compresibi. A mayor re lac idn de compresión. mayor será e l t raba jo de compresikt, por l o tanto, cuando se aumenta l a temperatura de l a succ ib i y l a temperatura ' condensante se mantiene constante, l a r e l a c i b i de compresiCn se hace menor y se reduce e l t raba jo de compresibn pot- unidad de masa. S in embargo. a l mismo tiempo. debido a que se aumenta l a densidad . d e l vaoor de l a succidm se incrementa l a masa de vapor comprimida en l a unidad de tiempo. Debido a oue e l tr-abajo ahorrado resu l tan te de l a reduccidn en e l t raba jo pot- unidad de masa es raras veces s u f i c i e n t e para compensar e l aumento de t raba jo d e l compresor pot- e l aumento en l a masa de vapor- comprimido debido a l aumento de temperatura en l a succi&, generalmente e l compresor requler-e de un sumin is t ro mayor de potencia.

En l a s curvas de de l a f i gu ra ( 9 1 se muestra l a r e l a c i b , que e x i s t e en t re la capacidad de l compresor y requer imientos de potenc ia para v a r i a s temperaturas de succ ib i . Las cut-vas son para un com~resor R - l ? t í p i c o operando a l a temoeratura condensante constante de io0 F.

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Como se muestra e ( .9 ) , . l a potenc ia requer ida por un compreso medida que se aumenta l a temperatut-a en l a succión has c i e r t o punto para e l cua l l a Dotencia requer ida por e l compresor t i e n e un va lo r máximo. Al l l e g a r a d icho punto, s i se s igue aumentando l a temperatura de l a succ i ,h , disminuye l a Potencia requer ida por e l compresor. S i n embargo, es to no es c i e r t o para compresores que usan amoníaco, como

Las curvas de l a f i g . (10) muestran l a s re lac iones en t re l a po tenc ia necesar ia por tonelada de capacidad re f r i ge ran te , l a capacidad r e f r i g e r a n t e r e a l d e l compresor y l a potenc ia requer ida por e l compresor para va r ias temperaturas condensan te5 permaneciendo constante l a temperatura de l a succi&. Obsdrvese que aunque l a potenc ia t e e i c a t-eauerida por tonelada aumenta a medida

aue . aumenta l a temperatura condensante, l a potencia te&- ica reauer ida por- cualqu ier compresor no se aumenta en l a misma proporción. Esto e5 cier- to poraue l a disminución en l a capacidad r e f r i g e r a n t e d e l compresor l a cual co inc ide con e l aumento de l a temperatura condensante, compensa en p a r t e e l incremento de l a po tenc ia por tonelada.

-

REQUERIMIENTO REAL DE POTENCIA

La po tenc ia que realmente debe ser- suministrada a l a ' f l echa d e l compresor se l e l lama potencia en l a f l echa y puede obtenerse a p a r t i r de l a potenc ia teó r i ca con l a ap l i cac ión de un.- f a c t o r

- llamado e f i c i e n c i a t o t a l de l compresor. La e f i c i e n c i a t o t a l es una e5prasid-1 de l a re lac ic r i de pdtenc ia te&- ica a l a potenc ia a l a f lecha expresada en pot- c iento.

E s c r i t a en una ecuacib i es ta r e l a t i d n es: -

P T Eo=- :.: 1 o0

PS

donde Eo= e f i c i e n c i a t o t a l en porcenta je

PF potenc ia teó r i ca Ps= potenc ia en l a f leche

La e f i c i e n c i a de compresi& de un comoresor es una medición de l a s p+rdida\s resultantes, debido a l a desv iac ib í que se t i ene en t re e l c i c l o de compresi61 r e a l y e l c i c l o d e compresibí idea l , mientras aue l a e f i c i e n c i a mecánica de l compresor es una medida de l a s phrd idas resu l tan tes por l a f r icc idn mech ica en e l compresor. Los factores pr- incipales que in te rv ienen en l a desv iac ión d e l c i c l o de! compresagm real con i-especto al c i c l o de

4*

compreaibi idea l . son: ( 1 nto, (2 ) el intercambio de calot- entre e l vapch- del cilindt-o Y (3) l a f r i cc ión del f lu ido debido a l a ~u rbu l enc i a del vapor- en e l -

c i l i nd ro y ' a l hecho de que e l refrigst-ante no es un gas idea l . Obsiot-vese que l o s factores que determinan l a e f ic iencia de l a campresián del compresor son los mismos que intervienen en l a e f i c i enc i a valum4trica. Por- l o mismo, para cualquier com~resor , l a s e f i c ienc ias volumétricas y de compres ib son cas i iguales y varlan con l a r e i a c i b de compresidn en aDroximadamente l a s mi5mas Droporciones,. Por esta r a n & , l a potencia requerida en l a f lecha - - - por unidad de capacidad ref riger-ante puede obtenerse con exactitud razonable, dividiendo l a potencia te&-ica por capacidad un i ta r ia entre l a e f i c ienc ia volumétr-ica del compt-esor y después agregar le alredefipr d e un 10 X pat-a considerar l as p e d i d a s de potencia debidas a l a f r icc idn mechica en e l compresor. Escrito como e cuac ih se tiene:

m(hd-hc )x l . 1 P s =

4 2 . 4 2 ~ E v

Debido a aue l a s relaciones entre los di ferentes factores que influven en l a determinacib? de i a e f i c ienc ia de compresibi, son d i f l c i l e s d e evaluar los maternaticamente. &tos pueden obtenerse con exactitud sd lo mediante pruebas rea les efectuadas en e l comoresor.

COMPRESION ISOTERMICA VS. ISOENTROPICíA

Haciendo referencia a l a f i g . 1 2 se muestra que si e l proceso de compresión en e l comgresar fuese isotérmico en lugar de i soentrMico , el trabajo neto del c i c l o d e compt-esib se reducir la aunque e1 traba jo d e l proceso d é comoresi& en s i mismo e5 mayor para l a compresi& isotérmica qve para l a compresibi adiabatica. En e l área achurada en l a f i g . 12 se muestra l a r educc ih de t raba jo .en e l c i c l o y &te se reai izar&fen compresih isat&rmica.

La compresih isotdrmica no es p r k t i c a para un compresor de refriger-acib, debido d que con e l l o se tendría l iquido saturado en l a descarga &el comiciresot-. Adem&,- si se tuviese d-isponibie un

'medio de enfriamiento a temperatura suficientemente *aja para en f r i a r a l com~re~ jo r l o necesario para . producir com~reciib? isot&rmica, es te mismo medio Dodt-la ser usado directamente como e l re f r igerante Y no habrla necesidad del c i c l o d e refrigeracidm. -

EFECTO DEL CLARO DEL COMPRESCJR EN LA POTENCIA-

Te&-icamente. e l c l a ro del compresor no t iene ningrh e fecto en los caba l los d e potencia ya aue e l trabajo efectuada por e l p i s t b i a l comprimir e l vapor del c l a ro es regresado a l p i s t& como vapor reexpandido a l p r inc ip io .de l a carrera de succi&. Sin embargo. debido a que el vapor re f r igerante no es un gas ideal se tienen c i e r t a s pbrd idas de potencia para vencm ' fricciá-1 interna del f lu ido . de t a l manera que l a potencia r ada a l p i s t& durante l a reexpancián d e l vapor del c l a ro siedt-e será menor que l a potencia necesaria para comprimir. Entonces, el c l a ro tiene alqth efecto probablemente pequeño en l o s reauerrmientos de potencia.

TAD4 EN EL

Ya se ha demostrado que un sobrecalentamiento d e l vaoor de l a succión l l e g a al comDresor en c o n d i c i h de + a n s i b . F.'pp 10 tanto, cuando en t ra vapor a l comoresor en cond ic i de sob peca 1 en tami en to, l a masa de r e f r i g e r a n t e que c i r c u l a por e l compresor en l a unidad de tiempo, es menor que cuando e l vapor en t ra a l compresor en cond ic ión de ciaturaci67. De modo u o t r o l a reducc ib i de la razdm d e l f l u j o de masa reduce l a p*idad t6hfvigerante de l compresor dependiendo de s i e l sobrecalentamientoproduzca o no enfr iamiento aprovechable. Cuando el sob-recalentamiento produce enfr iamiento apr-ovechable, l a ganancia en capacidad r e f r i g e r a n t e resu l tan te de l aumento en e l e fec to r e f r i g e r a n t e es por l o general m A s que s u f i c i e n t e para compensar l a s .o&rdidas de capacidad re f r i ge ran te r e s u l t a n t e de l a r e d u c c i h en l a masa de r e f r i g e r a n t e c i rcu lado. Por o t r a pa r te cuando e l sobrecalentamiento no produce enf r iamiento aprovechable. no se t i ene ninpuna ganancia que compense a l a capacidad y por l o mismo se reduce l a capacidad re f r i ge ran te de l com~resot-. La -energla t&-mica ad ic iona l que e s t á entrando a l sistema deberá ser aumentada en e l compresor basta l a temperatura de l a descarga para desDu4s ser el iminada por e l medio condensante en e l condensador. Esto no k i camen te cons t i t uye una carga indeseable en e l ComDresor y en e l condensador, s ino que se p ierden muchas de lac, venta jas de l en f r iamiento de l compresor uroducido por e l vapor de l a succi&, a l tenerse vapor sobrecalentado en e l c i l i n d r o de l compresor.

EFECTO DEL SUEENFRIAMIENTO EN EL RENDIMIENTO DEL COMPRESOR

-

Cuando e l subenfr iamiento de l l í q u i d o ref tn igerante ocurre de tal manera que e l ca lo r cedido por e l l í q u i d o sa le d e l sistema, e l volumen espec i f i co de l vapor de succ i& a l a entrada de l compresor no se afecta por el subenfr iamiento Y l a masa por unidad de tiemrilo de r e f r i g e r a n t e c i r cu lado por e l compresor es l a misma que cuando no 5e t i e n e subenfr iamiento. Debido a que e l e fec to re f r i ge ran te po r unidad de maca 5e aumenta por e l subenfriamiento, la capacidad d e l compresur se aumentará en una cant idad igua l a l a cant idad de subenfr iamiento. -3bsérvese Que e l aumento - .en la capac'idad r e f r i g e r a n t e de l compresor debida a l subenfriamiento, ocurre s i n aumentar l o s resuer imientos de potenc ia de l compresor. Por l o tanto, e l subenfr iamiento mejora l a e f i c i e n c i a de l compresor considerando que $1 c a l o r cedido durante e l subenf r iamiento sale d e l sistema.

ECUACIONEC FUND4MENTALEC PRRA COMPRECORES

En bas@ a l a f i g u r a 6 tenemos para e l volumen muerto:

us c = -

VD VD = v i - VS

V ' i = V I - u4

donde: c .= esnacio muerto V d t volumen desolazado U' I= caaacidad del compresor

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~ 0 . I 3 5, ihrstra e~ principio de operacién de ridn tarmostltiu cargada con liquido.

vahnih cie axpan-

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5 3 I

4

CONTROLES DEL FLUJO DEL REFRIGERhNTE

TIPOS Y FUNCJ.CN

Hay s e i s t ipos de válvulas para e l control del f l u j o re f r igerante : ( 1 ) l a válvula de expansbr manual. (2) l a vá lvu la de expansidn automitica, ( 3 ) l a válvula de expansibi termostAtica. ( 4 ) tubo cap i l a r , (5) l a vAlvtila d e f lotador de presión ba ja y ( 6 ) l a - válvula de f lotador de presidn a l t a .

Independientemente del t ipo. l a función de cualquier control de l f l u j o refr igerante es doble: ( 1 ) medir e l re f r igerante l l au ido en l a ,?tuberfa del l lauido Que va hacia e l evaporador con una rapid4a que sea proporcional a l a cual e s t á ocurriendo la Vaporización en esta última unidad y ( 2 ) mantener- un d i f e renc ia l de presión entre l o s lados de a l t a y ba ja p res ib i del sistema a f i n de permitir vaporizar e l re f r i ge rante ba jo l a s condiciones d e ba ja presión deseadas en e l evaporador y a l mismo tiempo efectuar l a condensación a l a presión a l t a Que s e tiene en e l condensador.

4 Consideramos bnicamente l a válvula de expansibr ter-mostática.

VALVULA DE EXPANSION TEHMOCTATICA

Debido a su a l t a e f i c i enc i a y a l o f á c i l de adaptarse a cualquier t ipo de aplicacib-i de re f r igerac ión, l a va lvu la de expansi& termostática. es probablemente l a Que más se usa en l a actualidad para’control del re f r igerante . ,Mientras aire l a válvula d e expansión automática e s t á basada en mantener presión constante en el evaporador, l a válvula dm expansibr termostatica se basa en mantener un grado constante de sobrecalentamiento de l a succión en l a s a l i d a del evaporador, circúnstancia que permite mantener al evaporador completamente l leno de re f r igerante baJo l a s condiciones de carga del sistema s in p e l i g r o de derramar- l fouido dentro de l a

. h ~ b e r l a de succión. Debido a su habi l idad para proporcionar un amplio y e fect ivo uso de l a super f i c ie d e l evaporador ba jo todas l a s condiciones de carga, l a válvula de expansión termostática es práticamentk adecuada Dara control del re f r igerante en sistemas que e s t b sujetos a Gariaciones grandes y frecuentes de l a G r g a .

En l a f igura (13) se muestra e l esquema de una vá lvu la de expansión termostática, sus partes pr inc ipa les son : ( 1 ) una aguja y un asiento, (2) f ue l l e s o diafrayma de presián, ( 3 ) un bulbo remoto cargado con.cier-to f l u i do e l cual e s t á ab ie r to efi el lado de l o s f u e l l e s o diafragma a t r a v k de un tubo cap i l a r y (4) un resorte, cuya tensión es ajustada por un t o rn i l l o de a juste. Como en e l caso de l a válvula de expansión automática Y l o s demás controles del re f r igerante , generalmente se instalan un cedazo o f i l t r o a l a entrada del lícauido a l a válvula - pa ra ev i t a r l a entrada de materia extrafía que e v i t e e l funcionamiento de l a va1 vu 1 a.

La caracter íst ica de opet-ación de l a válvula de expansión termostática resu l ta d e l a interacc ib i de t res fuerzas independientes, o sea: ( 1 ) l a presión en el evaporador, - ( 2 ) l a ~ r e s i b r ’ e . i e r c i d a en e l resorte y (-1) l a o r e s i b e je rc ida por l a mezcla del líciuido vapor que se tiene en ef bulbo remoto.

Como se muestra en l a f i gu ra (131, e l bulbo remoto de l a va lvu la d e expanmsián e s tá puesto firmemente a l tubo de succi& en l a s a l i d a del evapot-ador. donde responderá a los cambios de

51

temoeratura clue e l v + ~ q & W & % cia en dicho punto. Aunque se tiene un difet-eoeiat liue urd entre l a temperatura del vapor re f r iaerante en l a c c i h y l a temperatura de l a mezcla del líauido-vapor saturada e n e l bulbo remoto, para todos los f ines prácticos l a temperatura es igual en ambas partes y por l o tanto puede suponerse que l a p res ib i e jerc ida por e l f lu ido en e l bulbo siempre ser-& igual a l a a r e s i b de saturacibi de l a mezcla llabido-vapor en e l bulbo-correspondiente a l a temperatura del vapor en e l tubo de l a sciccibi en e l punto de contacto con e l bu 1 bo.

N6tese que l a p r e s i h del f luide- en e l bulbo remoto act- en uno de los lados de los f ue l l e s P diafragma a t r a v k d e l tubo cap i l a r v tiende a mover- a l a válvula en l a d i r e c c i a de abr i rse , mientras aue l a pr -es ih en el evaporadot- y l a t e n s i b en el resort? a c t h n juntamente sobre e l otro lado de los f ue l l e s o diafragma y tienden a mover l a válvula hacia l a d i r e c c s h de cerrarse.

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EVAPORADORES

TIPOS DE EVAPORADORES

Un evaporador es cualquier super f ic ie d e transferencia de ca lor en el cual se vaporiza un l íquido v o l á t i l para eliminar ca lor d e un espacio o producto refr igerado, Debido a l a s muchas aal icaciones d e l a re f r i ge rac ib i mecbnica, los evaaoradores se fabrican en una gran variedad de tipos, formas, tamaPbs y diselíos y se pueden c l a s i f i c a r d e di ferentes maneras. t a l e s como tipo de construcción, mdrtodo de a l imentacih de l íquido, condiciones de o p e r a c i h mlotodo d e circ;ltlación de a i r e (o l í qu ido ) , tiPo de control del refr igerante y por sus aplicaciones.

TIPOS DE CONSTRUCCIoN

Los t r e s t ipos pr incipales de construccilh de evaooradores son ( 1 ) de tubo descubierto, (2 ) d e super f i c ie de placa Y ( 3 ) aletados. Los evaporadores de tubo descubierto y super f ic ie de placa algunas veces se l e s c l a s i f i c a como evaporadores d e suoerficie-orimordial debido a que pat-a ambos t ipos l a superf ic ie completa Queda más o menos en contacto con e l reft-iQ@rante vaporizado inter io r . Con e l evapor-ador- aletado, l o s tubos que conducen e l refr igerante constituyen l a super f i c ie pr inc ipa l , las a l e tas en sí no tienen refr igerante en su inter io r y por lo mismo, son super f i c ies secundarias en l a transferencia del ca lor cuya funcikr 'es recoger calor del a i r e de 105 ñlrededor-es y condciclrlo

At-Bt cuando los evaporadores de supet-f icie-primordial tanto 105 de tubo descubierto como los de super f ic ie de placa dan serv ic io s a t i s f ac to r i o pat-a gran variedad de apl icaciones trabajando en cualquier rango d e temperatura. &tbs son m á s frecuentemente ut i l i zados en aplicaciones d e enfriamiento cqn l íquido y en aol icaciones de enfriamiOnto con a i r e donde l a temperatura del esoacio es mantenida a 1 C y l a acumulacih d e escarcha sobre l a super f ic ie d e l evaporador no -puede con f ac i l i dad - evitarse. La

-acumu 1 ac i ón de escarcha en 1 CIS evaporadores de superf icie-primordial no afecta l a capacidad del' evaporador en l a magnitud Que afecta a los evaporadores aletados. Además, para casi todos l o s evaaoradores de superf icie-primordial; y e n part icu lar l o s de. t ipo de super f ic ie de placa, pueden en forma manual deshielarse fácilmente ya sea por l a acción de un c e p i l l o o por rasDadura. Esto puede efectuarse s in interrumpir e l oroceso de r e f r i g e r a c i a i Y s in poner en pe l i g ro l a cal idad del producto r e f r i g e rad o.

hacia l o s tubos que 1 levan refr igerante. ..

I CAPACIDAD D e 1 @IAFORADOH 3 5

La capacidad de cualeuier evaporador o seraentln de enfriamiento, es l a r a z h por l a cual pasa ca lor a trave& de l as paredes del evaporador proveniente del espacio o producto re f r i ge rado a l a vaporización del l í su ido inter ior y generalmente se expresa en Watts. Un evaporador seleccionado para cualouier ap l i cac ián deberá tener suf ic iente capacidad de trañsferencia de calot- para permitir l a vaporizacich del refr igerante, para absor-ver ca l o r con l a rapidezAd necesaria, para producir e l enfriamiento reauerido cuando e s t á traba jando a l as co&=iones de diseño. -

Independientemente de cbno leaue e l calor a l a super f ic ie ex te r i o r del evaporador, k debe pasar por conducción a l r e f r i ge rante in'terior a t r a v k de l a s paredes d e l evaporadar, que es l a razdn a l a cual pasa ca lo r a través de l a s paredes, se obtiene por los mismos factores que gobiernan l a raz& de f l u j o de calor- por conduccidn a traves de cualcluier superf ic ie de transferencia de ca lor y se expresa por l a ecuacibl :

-

Q = A x U 2.: I) 1

I

I donde Q -- cantidad de ca lo r transfer ido (en Watts) A -- Area d e l a super f ic ie exter ior del oevaoorador (tanto

para primarios como para aletados (m > u -- factor total d e conductancia en Watt/[ (mPde super f ic ie

exter io r ) (b.: de l ta 1 I D -- di ferencia de temperatura media logaritmica. entre l a

'super-f i c i e exter ior del evaporador y l a temperatura .- del refr igerante dentro del evaporador (K)

.

-

i CONDENSADORES .\ ..F. I i ' 4 *.

adores, el condeensgidor es -una supss-f ieis ' a lor . E1 calor d e l vapor refrighrante

de l as paredles del condensador pa u l t a d o de su pk-dida de calor hacia el

refrigerante es primero enft-iado condensado harta su fase dBr eatadb l íqu

6 son de tre5 tipos generalerasa: ( 1 ) enf QS por agua y 13) ;Iwaporativos. por ai re , emplean a i r e como e los candensadores fr iados eon densar a l r e f r i g rite. Para

ados con a i r e y enfriados n ague9 el gerante condensante aumenta l a tamperatu dos como medio condensante. es evaporativoo emplean tanto a i r e coma algm aumehto en l a temperature del ai

del condewsador, l a condqnsaci condensador 5e efectrh princiDalmente

gua de l agua rociada o atomizada SQ función de l a i r e es aummtar l a r a o el vaoor de agua que resulta del proc

t

CAPACIDAD DEL CONDENSADOR d

sferencia de calor a traves de las aaredeis *

onduccián. l a capacidad del condensddor 4 . es . undamental de transferencia de cala+:

-

- 1 - - I

Qc =: ( A ) (U) <ai I I I

- - ' del condensador (Watts)

i c i a l del condensador (m2)

Ar aue pi es dit y a 14 Y el c conder áre& fabrir propoi Y < P l f paocmar dismio

4 c-- coejicieñte de transferencia total de fa-ar (WatXrCm x K l ) - ' i

difefl ncia d e temperatura media logtaritmica enFre el refrt erante condensanOe en K 1 b ---

I

1

alizando : -a cualqu: actamente d i f errnc :

rdin condr iadior de 1 5w,erf icii acidm, 1; :iunal a @dio eondc oca cmsi rye solam

factores de l a ecuácidm anterior, se )nue%tro .

p p valor f i j o de U, l a capacidad del condpnsadop spoprociornai a l área superf ic ia l d e l condfmsadod. a de temperatura entre el refrigerantte co t ante. Es evidente tambib que para L am y dicieñi, especi f ico para 10 cual

1 caaaci'dad del condensador es d i e diferencia de temperatura entre el re

11 como el factor U son f i j ados du

ante. ademis, cuando l a te, l a capacidad de l -CP e si ba ja Q sube l a tampfara

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' Ciclo te6rico cuando se usa un pas rcfrigcrjntc - Ciclo dc tin refrigerante - cn el diaprama TS . I - -

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57

ieüe d e c i r aue contamos un simulador en su no estamos tomando en

s ino simDlemente 'nos basamos en un c i c l o ideal . Para 1oQar esto ya contamos con l a s ecuaciones Dara obtener l o s va lores de algunas propiedades de estado de l R-12.

EsDeramos obtener un simulador cada vez m á s Drechso conforme tomemos en cuenta e l comoortamiento de l R-12 a trav&s de l os eauinos que componen e l sistema.

O t ro f a c t o r in teresante a determinar es s i --kfecCivamente es conveniente un recalentamiento a l a s a l i d a de l comDresor. -

- - -

"BOMBA DE CALOR"

Y a hemos hablado de l a s c a r a c t e r í s t i c a s básicas que componen un sistema t í p i c o s imple de comoresi&-vapor: un sistema conocido como bomba de c a l o r esencialmente es un sitema de r e f r i p e r a c i h con l a d i f e r e n c i a que ahora su o r o o b i t o va a ser ca len tar un f l u i d o para su oos te r io r aprovechamiento.

E l calentamiento se l l e v a a-cabo en e l condensador de l a bomba . de calor. que es en donde se alcanza l a mavor temoeratura de l

c i c l o . anal izando e l calentamiento sue ocurre en e l condensador encontramos que Dodemos sacar muchas venta.ias como son:

- secado de cerámica - secado de malta - secado de aranos - - d e s t i l a c i b , (separar mezclas de l lauidcts) - generación ' de vaDor 1- agua de a l i m e n t a c i h ii- agua de lavado iii- aucia-oara ca ie facc i&

- c a l e f a c g i b i de espacios i n d u s t r i a l e s - r e c i c l a d o de c a l o r en oDeraciones de d e s t i l a c i ó n en l a5

i n d u s t r i a s aue Dr-ocesan al imentos - arocesamie-nto de al imentos (lavado. blanaueado. e s t e r i l i z a d o Y l imp ieza) -

Esta. apl icac iones dependen decla temoeratura que $e alcance en e l condensador, por l o Que reauer i rh disef5os esclecialeci aue cubran estas necesidades.

Un a n á l i s i s orofundo de l c i c l o de una bomba de c a l o r nos avcidará a entender su funcionamien-%o. comoortamirnto y nos dar& una base s d l i d a para oos ter io res provecciones de nuevos diseRos de estos sistemas.

Aorovechar e l calentamiento para usos e m e c l f icos:

. i v - agua como f l u i d o de t ranspor te de c a l o r

.

58

- T I .

BI BLI OGRAFIA

DOSSAT. ROY J. PRINCIPIOS DE REFRIGERACIm CECSA. 1987.MEXICO

POLO ENCINAS. TURBOMAQUINAS DE FLUIDO COMPRECIBLE LIMUSA. l a EDICIW. MEXICO. 1984.

1F

REFRIGERfiCIa . U.N.A.M.. MEXICO.

-

- - -

I 59

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INTRODKCION

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: REM DATOS CR I T f CDC

:REM EC. DE EDO.

:REM ENTALPIA DE VAPOR

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: REM BEDONDEO :REM RESLU.. EN

ENTRADA POR TEMPERATUFA ,Ci F:FM

1 C.LC :> LCiCATE t , 15:PRIdT "LA TEMPERATURA DEBE ESTAP EN * CENTIGRADOS" 4 Li3C:ATE t5,25: INPiJT "DAME LA TEMPERATURA" ;TCEN

- 1 ) T=?-C:Etif-t-273. 1 &&. T1

! IF TC:EN ?= 1 1 1 .8 THEN LOCATE LiC), 20:PRINT "ESTA TEMPERATLIRA ES SLlPERfC1R P LI?, CRITICASi:LúCATE 2 4 , 2 0 : P P I N T "INTENTA OTRO TEMPERATURA O VETE A L A ZiWA PA

, REC:ALENTADfi" ; OOTO 790 1 I F TCEN .: -1(30 THEN LOCATE 20,10:PRINT "ESTA TEMPERATURA SALE DE LOS RANCKiG NCiRMALES DE OPERACION" :LOCATE 24 q2Cl: PE'INT 'I SNTENT4 A OTRA TEMPERATURA" :

C;OTi:i 733 i C.LC:CfiLCtR 30: LCCATE i3,ZO: PRINT "ESPERA !-W MOMENTCl RLiE ESTOY PENCANnO" ) GI2S'iE! 2760 :REM DATOS CPI T I CiX

0 cil:lSl-lE 3:: I 0 :REM PRES. DE SAT. -=> G 111 s iJ E 3 I 00 :REM DEN. L I Q . SAT.

PFP-PCAT :REM E:C:, DE EDCI. ~

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:REM ENTALPJA DE VAPOR

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